Дэвид Аткинсон, доктор философии

1. Исследование
2. Конформация, структура и стабильность аполипопротеина
4. Структура аполипопротеина
5. Структура липопротеинов низкой плотности и организация апоВ
6. обучение
7. Связаться с нами

Заведующий кафедрой,
Профессор кафедры физиологии и биофизики
Профессор биохимии, доктор биологических наук, с отличием, Городской университет, Лондон, Англия
Доктор философии, Совет по национальным академическим наградам, Англия. Телефон: (617) 358-8448.
Факс: (617) 358-8804
Эл. адрес: [email protected]
Адрес: увидеть ниже
Ссылка на Профиль факультета БУ
Ссылка на ORCID

Исследование

Плазменные липопротеины и аполипопротеины: структура и биология

Исследовательская группа

Сердечно-сосудистые заболевания, наряду с другими заболеваниями липидного обмена, остаются главной причиной проблем со здоровьем и смертности. Хотя многое известно о метаболизме и транспорте липопротеинов и липидов клетками с точки зрения биохимической и клеточной биологии, молекулярные детали и механизмы, с помощью которых происходят эти физиологические процессы, остаются недостаточно изученными. Подробное структурное описание липопротеинов плазмы, их составляющих аполипопротеинов и их рецепторов имеет решающее значение для понимания молекулярных механизмов, участвующих в физиологии метаболизма липопротеинов и патофизиологии атеросклероза и других заболеваний липидного обмена. Долгосрочные цели нашего исследования состоят в том, чтобы определить эту молекулярную деталь и понять структурно-функциональные отношения, лежащие в основе этих процессов. ApoA-I, главный белок HDL, играет важную роль в обратном транспорте холестерина. Взаимодействие с транспортером ABCA1 удаляет холестерин из клеточной мембраны, образующей зарождающуюся часть ЛПВП. Активация ЛХАТ с помощью апоА-I приводит к этерификации холестерина и трансформации в зрелую частицу ЛПВП. Наконец, апоА-I является лигандом для печеночного рецептора SR-B1, через который холестерин доставляется в печень. Мы опираемся на наш недавний прогресс в понимании молекулярной структуры укороченного С-конца апоА-I, чтобы обеспечить механистическое понимание молекулярных особенностей апоА-I, имеющих решающее значение для понимания механизмов взаимодействия липидов, связывания и активации ЛХАТ, а также ЛПВП. формирование и функционирование на молекулярном уровне. В этих исследованиях будут использованы мутации, разработанные благодаря нашим новым структурным знаниям о apoA-I. В более долгосрочных исследованиях мы разрабатываем детальное молекулярное понимание переносчика клеточной поверхности ABCA1 и его согласованного действия с апоА-I для удаления холестерина из клеток. Молекулярные детали специфического взаимодействия апоА-I с ABCA1 остаются неясными, а структурные детали, которые обеспечат молекулярное описание того, как ABCA1 функционирует для транслокации липидов через клеточную мембрану, неизвестны. Наши структурные исследования позволят получить эти критические знания о молекулярных деталях и взаимодействиях ключевых игроков в обратном транспорте и метаболизме холестерина, что будет способствовать нашей способности разрабатывать молекулярно-ориентированные стратегии для предотвращения или контроля дислипопротеинемий и заболеваний липидного обмена. Дополнительное внимание уделяется определению трехмерной структуры интактного ЛПНП с помощью криоэлектронной микроскопии и реконструкции трехмерных изображений с акцентом на топологию и молекулярную конформацию апо-В, белкового компонента ЛПНП, на поверхности липопротеинов.

Наши основные подходы используют методы современной молекулярной биофизики и структурной биологии. К ним относятся протеиновая кристаллография, структурная электронная микроскопия / обработка изображений, калориметрия / термодинамика, круговой дихроизм и молекулярное моделирование / механика для исследования структуры и физических свойств липопротеинов, аполипопротеинов, пептидные модели для аполипопротеинов и липид / аполипопротеин в собранных модельных системах.

Конформация, структура и стабильность аполипопротеина

Последовательности заменяемых аполипопротеинов состоят из тандемных внутренне гомологичных повторов остатков 11/22, которые можно разделить на два 11-мерных подповторения (А и В), с N-концевым Pro, расположенным в А-повторе. 11/22-мерные повторы образуют амфипатические α-спирали, которые отлично подходят для межфазного расположения на поверхности липопротеинов. Уточненная консенсусная последовательность, представляющая идеализированную версию этой 11/22-мерной (A / B) единицы, была получена при анализе гомологий между / внутри последовательностей apoA-I apoE, apoA-IV. Молекулярное моделирование показало, что эта единица AB с 22 остатками сформирует идеализированную амфипатическую α-спираль.

• Нольте Р.Т. и Д. Аткинсон. 1992. Конформационный анализ аполипопротеинов AI и E-3 на основе первичной последовательности и кругового дихроизма. Biophys. J. 63: 1221-1239.

Мы продемонстрировали, что апоА-I и апоА-II, не содержащие липидов, имеют свернутое состояние в растворе, сходное с «расплавленным глобулярным» состоянием, описанным как промежуточное звено в пути сворачивания многих водорастворимых белков. Исследования структуры и стабилизирующих взаимодействий делеционных и замещающих мутаций апоА-1 исследуют особенности, ответственные за конформационную стабильность и липидное взаимодействие. Структурные и термодинамические исследования этих мутантных форм апоА-I исследуют роль специфических областей молекулы апоА-I в ее конформации и стабильности.

• Горшкова И.Н., К. Лиадаки, О. Гурский, Д. Аткинсон, В.И. Заннис. 2000. Исследование безлипидной структуры и стабильности аполипопротеина AI путем мутации. 2000. Биохимия 39:51 15910-15919

• Горшкова И.Н., Лю Т., Заннис В.И., Аткинсон Д. Структура без липидов и стабильность аполипопротеина AI: зондирование центральной области путем мутации. 2002. Биохимия. 41 (33): 10529-3

• Фан Y, Гурски О., Аткинсон Д. Структурные исследования усеченного на N- и С-конце аполипопротеина человека AI. Биохимия. 2003 42 (22): 6881-90.

• Горшкова И.Н., Лю Т, Кан Х.Ю., Хрони А., Заннис В.И., Аткинсон Д. Структура и стабильность аполипопротеина а1 в растворе и в дискоидном липопротеине высокой плотности, вызываемом двойной абляцией и мутацией делеции. Биохимия. 2006 янв. 31; 45 (4): 1242-54.

Чтобы понять свойства отдельных сегментов апоА-1, пептиды конструируют на основе как амфипатических спиральных сегментов 11/22 остатка апоА-I, так и на основе «идеализированной» консенсусной последовательности (CSP) для основного 11/22-мер тандемный повтор в последовательности апопротеинов. К ним относятся 44 аминокислотных пептида, которые перекрываются одним 22-аминокислотным повтором, apoA-I [99-142] (предполагаемые спирали 4 и 5) и apoA-I [121-163] (предполагаемые спирали 5 и 6), пептид, который моделирует N-концевую область (апоА-I [1-44]) и пептид, представляющий С-конец, апоА-I [198-243]. Конформацию и стабильность этих пептидов изучают с использованием CD в растворе, моющих средств, имитирующих липиды, и структурных растворителей. Их липидсвязывающие свойства анализируют с помощью электронной микроскопии и ультрацентрифугирования в градиенте плотности.

• Х. Л. Чжу и Д. Аткинсон. Конформация и липидное связывание N-концевого (1-44) домена человеческого аполипопротеина AI. Биохимия; 2004; 43 (41), стр. 13156 - 13164.

• Чжу Х.Л., Аткинсон Д. Конформация и липидное связывание С-концевого (198-243) пептида человеческого аполипопротеина AI. Биохимия. 13 февраля 2007 г .; 46 (6): 1624-34

• Сюань Гао, Шобини Джаяраман, Джереми Уолли, Мадхумита Гуха, Менксяо Лу, Дэвид Аткинсон и Ольга Гурски * Применение кругового дихроизма к липопротеинам: структура, стабильность и ремоделирование хорошего и плохого холестерина. Круговой дихроизм: теория и спектроскопия. Редактор: Дэвид С. Роджерс, стр. ISBN 978-1-61122-522-8 © 2011 Nova Science Publishers, Inc.

Структура 44 пептидов аминокислотной консенсусной последовательности (CSP), которые моделируют этот фундаментальный структурный мотив, изучается с помощью кристаллографии, ЯМР и динамического моделирования. Определение структуры пептидов из 44 остатков с различными сопоставлениями консенсусных повторов «A» и «B» (например, BABA, BBAB), исследует роль про пунктуации и межспиральных взаимодействий. Сравнение структур со структурами перекрывающихся «пептидов реальной последовательности» из 44 остатков дает важную информацию о роли специфических остатков и их взаимодействиях в структуре и стабильности исходного апоА-1.

• Чао, Ян. Конформационные исследования пептида консенсусной последовательности (CSP) и пептида реальной последовательности (RSP) аполипопротеинов с помощью спектроскопии кругового дихроизма и рентгеновской кристаллографии. Кандидат наук. Диссертация, Бостонский университет, 2003

• Luo, структура Dong, стабильность и липидное связывание консенсусных последовательностей CSP-BABA и CSP-ABBA из заменяемых аполипопротеинов. Кандидатская диссертация, Бостонский университет, 2009

Структура аполипопротеина

Недавно мы определили кристаллическую структуру 2.2Å усеченного на С-конце D (185-243) апоА-I (PDB: 3R2P). Структура обосновывает многие особенности предсказаний вторичной структуры спиральных повторов типа A и типа B с различными гомологиями и конформационными деталями, соответствующими нашему анализу мутаций. Кристаллическая структура D (185-243) апоА-I показывает, что он образует полукруглый димер. Основа димера состоит из двух вытянутых антипараллельных спиралей с пролин-изломом (тандемные повторы 5 AB). N-концевой домен каждой молекулы образует четырехспиральный пучок со спиральной C-концевой областью партнера, связанного с симметрией. Структура также показывает молекулярные детали стабилизации апоА-I без липидов остатками, кодируемыми N-концевым экзоном-3, и указывает на роль димеризации в сборке ЛПВП. Кроме того, структура предполагает, как центральный домен может функционировать как шарнирная область для облегчения превращения мономера в димер. С полукруглой основой, сформированной из антипараллельных спиральных повторов, структура позволяет нам моделировать образование дискоидальных частиц HDL с различной геометрией.

Центральный домен может образовывать туннель для транслокации липидов во время взаимодействия с LCAT. Наконец, структура обеспечивает молекулярные детали, которые могут лежать в основе структурных и функциональных эффектов мутаций апоА-I, таких как Milano, Paris и Fin.

• Mei X. и Аткинсон Д. Кристаллическая структура усеченного на С-конце аполипопротеина AI обнаруживает сборку ЛПВП путем димеризации. J. Biol. Химреагент 2011 сентябрь 13. [Epub впереди печати] PMID: 21914797

Структура липопротеинов низкой плотности и организация апоВ

Чтобы однозначно отобразить белковую поверхность ЛПНП, мы предпочтительно пометили апоВ моносульфо-NHS-ундекаголд. Дополнительная плотность в реконструкции меченых ЛПНП продемонстрировала, что пространственная организация апоВ может быть выведена из распределения высокой плотности. Мы получили трехмерную карту плотности ЛПНП с разрешением 22 Å, которая показала основу областей высокой плотности, которые окружают частицу ЛПНП. Дополнительные пояса высокой плотности дополняли эту основную часть, чтобы охватить край частицы ЛПНП. Реконструкция изображения моноклональных антител, меченных ЛПНП, обнаружила шесть эпитопов в пяти предполагаемых доменах АроВ. Эпитопы в домене, связывающем рецептор ЛПНП, были расположены на одной стороне частицы ЛПНП, а эпитопы в N-концевом и С-концевом доменах апоВ находились в непосредственной близости на передней стороне частицы. Изображения показывают петлевую топологию апоВ на поверхности ЛПНП и демонстрируют активную роль апоВ в поддержании формы частицы ЛПНП. Изображения как mAb-меченых, так и немеченых ЛПНП четко демонстрировали внутреннюю заостренную особенность, представляющую N-концевой домен апоВ. Расположение эпитопа для 5E11 (и для Mb47), которое соответствует сайту связывания рецептора ЛПНП, предполагает, что сайт связывания рецептора находится на стороне частицы ЛПНП. В липидном ядре эфир холестерина претерпевает фазовый переход порядок-беспорядок при повышении температуры, как впервые было описано нами 35 лет назад. Структура, криоконсервированная при 20oC, показывает распределение плотности плоских слоев в ядре частицы, идентифицированное нами и другими, в результате упаковки липидов. Теперь мы получили надежную реконструкцию частицы ЛПНП над фазовым переходом, которая четко показывает изменение организации ядра и, что наиболее важно, значительное изменение морфологии ЛПНП.

• Poulos, GW. Трехмерная структура липопротеинов низкой плотности с помощью криоэлектронной микроскопии Ph.D. Диссертация, Бостонский университет 2001

• Лю Й., Аткинсон Д. (2011). Повышение контрастности апоВ для определения местоположения поверхностных компонентов на трехмерной карте плотности ЛПНП человека. J Mol Biol. 405 (1): 274-83. PMID: 21029740, PMCID: PMC3006490

• Лю Й., Луо Д., Аткинсон Д. (2011). Упаковка сложного эфира холестерина ЛПНП человека: реконструкция трехмерного изображения и имитационные исследования SAXS. J Lipid Res. 52 (2): 256-262. PMID: 21047995, PMCID: PMC3023545

• Liu Y, Atkinson D. (2011). Иммуноэлектронная крио-микроскопическая визуализация выявляет петлевую топологию ApoB на поверхности ЛПНП человека. J Lipid Res. 2011 июнь; 52 (6): 1111-6. Epub 2011 1 апреля. PMID: 21460103

Полный список моих публикаций включен в мое резюме. Нажмите здесь, чтобы загрузить мое резюме ,

обучение

Основы биофизики и структурной биологии (GMS BY 760 - аспирант медицинских наук):
Этот курс для выпускников обеспечивает глубокое понимание теории и основных экспериментальных методов биофизики и структурной биологии. Курс охватывает белковую термодинамику, спектроскопию, электронную микроскопию, рентгеновскую дифракцию, кристаллографию и ЯМР. Курс предусматривает как дидактическое, так и лабораторное обучение.

Биофизика макромолекулярных сборок (GMS BY 771 - аспирант медицинских наук)
Этот расширенный курс охватывает концепции сборки биомакромолекул, их структуры и стабилизирующих сил, а также биологической функции в зависимости от структуры. Примеры взяты из сборок белков, липидов, липопротеиновых систем, мембран и вирусов.

Биохимия (SDM MD 512 - Школа стоматологии)
Этот курс предназначен для ознакомления студента с основными принципами современной биохимии. Темы для обсуждения включают белки, ферменты, синтез ДНК, РНК и белков, метаболизм, липиды, соединительную ткань, а также гормоны и вторичные мессенджеры.

Эндокринология (GMS PH 748 - аспирантура медицинских наук и медицинский факультет):
Комплексное лечение эндокринологии человека, биосинтеза гормонов, их рецепторных взаимодействий и их физиологических эффектов.

Физиология / Эндокринология / Нейрофизиология (SDM MD 514 - Школа стоматологии)
Этот курс представляет физиологию клеток, тканей, органов и интегрированных функций организма, включая физиологическую основу для понимания клинических условий. Комплексный подход к эндокринологии и репродукции. Гормональные аберрации и их конечные результаты у людей представлены в клинических корреляциях.

Связаться с нами

Кафедра физиологии и биофизики
Медицинский факультет Бостонского университета
Улица Олбани, 700, W308C
Бостон М.А. 02118-2526

Телефон: (617) 358-8448
Эл. адрес: [email protected]

Похожие

Комментарии