Single-molecule fluorescence studies of protein folding

蛋白质折叠的单分子荧光研究

基本信息

  • 批准号:
    7587261
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-04-01 至 2011-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Understanding pathways of protein folding and unfolding, and mapping partially folded intermediate states, are of utmost importance for our ability to decipher the physiology of misfolding diseases. The generation of maps of folding pathways on the energy landscapes of proteins is the long range goal of our research. Here we propose to address this goal by applying powerful single-molecule fluorescence methodology to study the folding of selected protein systems. We will use fluorescence resonance energy transfer (FRET) to follow conformational dynamics of protein molecules trapped within surface-tethered lipid vesicles, a unique method developed in our lab. Vesicles will be prepared under conditions where molecules have equal folding and unfolding rates, so that single- molecule trajectories will show frequent transitions between conformational states, including partially-folded intermediates. Analysis of trajectories will yield a wealth of information on folding pathways and rates of interconversion between folding intermediates. In addition, studies on freely-diffusing molecules will probe global structural changes of the proteins during folding. We will first study the 62 amino-acid protein L, known to be a two-state folder from bulk experiments. We will verify this observation on the single molecule level, as well as obtain structural information on the denatured state of the protein. We will also study a larger protein, adenylate kinase, which, as we already showed, possesses a very heterogeneous folding energy lansdcape. Intermediates observed during folding of this protein will be carefully mapped. A low-resolution structure of these intermdiates will be obtained by measuring several pairs of labeling sites. In a strong collaboration with Lynne Regan from Yale we will study single-molecule folding of the tetratricopeptide repeat proteins. This family of modular proteins, constructed of 34 amino-acid repeat units, has been suggested to obey a new folding paradigm, based on the classical Ising model, which predicts a large population of partially folded states near the transition midpoint. Single-molecule measurements will probe this intriguing assertion. This study will have impact on our understanding of misfolding diseases, like Alzheimer's and type II diabetes. Our experiments should help us identifying intermediate structures that act as 'weak points' during folding, leading to protein aggregates which are responsible for disease.
描述(由申请人提供):了解蛋白质折叠和展开的途径,以及部分折叠的中间状态,对于我们破译错误折叠疾病生理的能力至关重要。蛋白质能量景观上的折叠途径的生成是我们研究的远距离目标。在这里,我们建议通过应用强大的单分子荧光方法来研究所选蛋白质系统的折叠,以解决这一目标。我们将使用荧光共振能传递(FRET)遵循捕获在表面螺旋脂质囊泡中的蛋白质分子的构象动力学,这是我们实验室中开发的一种独特方法。囊泡将在分子具有相等折叠和展开速率的条件下制备,因此单分子轨迹将显示构象状态之间的频繁过渡,包括部分折叠的中间体。对轨迹的分析将产生有关折叠途径和折叠中间体之间互换速率的大量信息。此外,对分子的自由下降的研究将探测折叠过程中蛋白质的全局结构变化。我们将首先研究62个氨基酸蛋白L,该蛋白L是大量实验的两国文件夹。我们将在单分子水平上验证这一观察结果,并获得有关蛋白质变性状态的结构信息。我们还将研究较大的蛋白质,腺苷酸激酶,正如我们已经显示的,它具有非常异质的折叠能量兰斯见。该蛋白质折叠期间观察到的中间体将仔细映射。通过测量几对标记位点,可以获得这些间隔的低分辨率结构。在与耶鲁大学的Lynne Regan进行的强烈合作中,我们将研究四肽重复蛋白的单分子折叠。该家族由34个氨基酸重复单元构建的模块化蛋白质家族被建议根据经典的Ising模型遵守新的折叠范式,该模型预测了过渡中点附近的大量部分折叠状态。单分子测量结果将探究这种有趣的断言。这项研究将影响我们对诸如阿尔茨海默氏症和II型糖尿病等错误折叠疾病的理解。我们的实验应帮助我们确定折叠过程中充当“弱点”的中间结构,从而导致蛋白质聚集体负责疾病。

项目成果

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