
Proteins are the unique molecules; they read the code of life in genes and their own codes are also hidden in genes. Therefore, they are called architect, pillars and workhorses of life. A vast majority of proteins requires a well-defined three-dimensional shape and flexibility for their specific and regulated function inside the cell. Hierarchy of protein structure starts with primary structure consisting of individual amino acid residues, which then organizes itself into helices or sheets to form secondary structures. The great Prof. G. N. Ramachandran was the first to codify geometry of the secondary structural elements in the form of backbone torsion angles. The iconic plot is called Ramachandran Plot. Proteins further fold these secondary structural elements into tertiary and quaternary structures.
Process of formation of these structures, called Protein Folding, starts immediately at their birth place called Ribosomes and most proteins emerge as perfectly folded native structure at the end of their complete synthesis. However, there are few which require helper protein molecules called chaperone to correctly shape them. Different kinds of protein have different lifespan and at the end of it they are degraded to individual units with the help of another set of protein molecules, the process called Protein Unfolding. Both folding and unfolding processes are very specific, rapid and follows a well-defined path. Levinthal Paradox described by Prof. Cyrus Levinthal concluded that had it been a random search process among all possible conformation it would take astronomical age to fold a protein. Any aberration in folding-unfolding processes leads to dysregulation and sometimes formation of aggregated state, resulting in disease conditions such as Alzheimer and Parkinson disease.
Prof. Christian B. Anfinsen had used ribonuclease A as a model showed that primary sequence of the protein under a particular environmental conditions (temperature, solvent concentration and composition, etc.) at which folding occurs, dictates formation of native structure, which is a unique, stable and kinetically accessible minimum of the free energy. Several studies have demonstrated that proteins unfold under different physical and chemical conditions in a test tube and refold back to their native confirmation upon removal of such conditions. This helped the experimentalists to follow folding-unfolding pathways at a high spatial and time resolution and understand mechanisms. Landscape funnel model of protein folding is currently widely accepted model that describes a protein’s journey through the crests and troughs of internal free energy and degrees of freedom to reach the folded state from rapidly exchanging ensemble. Proteins also take a trek through the funnel during their unfolding.
The key to understanding protein (un)folding mechanism, which is still a challenge, is high-resolution structural characterisation of all states along the funnel. In this regards solution-state NMR spectroscopy is unparalleled in providing atomic-resolution structural and dynamics information of all the states, folded, unfolded and intermediates including invisibles, along the funnel. In this work we have used a canonical RNA recognition motif (RRM) from ETR3 protein (involved in muscular dystrophy disease) to understand the unfolding mechanism of RRM containing protein. This is important as a similar motif in TDP-43 protein aggregated and eventually leads to neuromuscular disease conditions due to formation of non-native structural elements. We determined the atomic-resolution structure and dynamics of folded native state (at bottom of the funnel) and an unfolding intermediate at the middle of the funnel and performed structural and dynamics characterisation of the unfolded ensemble rapidly dancing the top of the funnel. Our data indicates that intermediate state has folded like structure but swollen and dynamics. It allows solvent to access its core more easily than the folded structure. The edges of secondary structural elements are the initiation sites of unfolding. Although the unfolded state is very dynamic and lacks any structural elements still it show bias for certain structural propensities which appears like keeping a memory of their folded state.
We believe that the atomic-resolution characterisation of unfolding pathway of a canonical RNA recognition motif is likely to help in understanding the unfolding events in other RRMs involved in disease causing conditions upon misfolding.
The study might also help in understanding those systems where protein is refolded from the purified inclusion bodies. In those cases there could be presence of minor population of folded-like but not fully folded native structure.
The work was primarily done by Dr. Harshesh Bhatt and Dr. Akshay Kumar Ganguly and FCS work was performed in collaboration with Dr. Sobhan Sen, School of Physical Sciences, Jawaharlal Nehru University (JNU), New Delhi. The cover art was designed by Mr. Anupam Patra, Ph.D. student.
पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अदà¥à¤µà¤¿à¤¤à¥€à¤¯ अणॠहैं; वे जीन में जीवन का कोड पढ़ते हैं और उनके सà¥à¤µà¤¯à¤‚ के कोड à¤à¥€ जीन में छिपे होते हैं। इसलिà¤, उनà¥à¤¹à¥‡à¤‚ जीवन के वासà¥à¤¤à¥à¤•à¤¾à¤°, सà¥à¤¤à¤‚ठऔर कारà¥à¤¯à¤•à¥à¤·à¥‡à¤¤à¥à¤° कहा जाता है। अधिकतर पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ को कोशिका के अंदर उनके विशिषà¥à¤Ÿ और विनियमित कारà¥à¤¯ के लिठà¤à¤• तà¥à¤°à¤¿à¤†à¤¯à¤¾à¤®à¥€ संरचना और लचीलेपन की आवशà¥à¤¯à¤•à¤¤à¤¾ होती है। पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ संरचना का पदानà¥à¤•à¥à¤°à¤® पà¥à¤°à¤¾à¤¥à¤®à¤¿à¤• संरचना से शà¥à¤°à¥‚ होता है जिसमें अमीनो à¤à¤¸à¤¿à¤¡ के अवशेष होते हैं, जो तब दà¥à¤µà¤¿à¤¤à¥€à¤¯à¤• संरचनाओं के निरà¥à¤®à¤¾à¤£ के लिठहेलिकॉपà¥à¤Ÿà¤° या शीट में वà¥à¤¯à¤µà¤¸à¥à¤¥à¤¿à¤¤ होते हैं। महान वैजà¥à¤žà¤¾à¤¨à¤¿à¤•Â पà¥à¤°à¥‹. जी. à¤à¤¨. रामचंदà¥à¤°à¤¨ ने पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की पृषà¥à¤ के दà¥à¤µà¤¿à¤¤à¤² कोणों के माधà¥à¤¯à¤® से संरचनातà¥à¤®à¤• ततà¥à¤µà¥‹à¤‚ की जà¥à¤¯à¤¾à¤®à¤¿à¤¤à¤¿ को संहिताबदà¥à¤§ करने का कारà¥à¤¯ किया था। इन कोणों के ऊपर उनके दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ बनाया गया दà¥à¤µà¤¿-आयामी जà¥à¤¯à¤¾à¤®à¤¿à¤¤à¤¿ कà¥à¤·à¥‡à¤¤à¥à¤° को ‘रामचंदà¥à¤°à¤¨ पà¥à¤²à¥‰à¤Ÿâ€™ कहा जाता है। पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ इन दà¥à¤µà¤¿à¤¤à¥€à¤¯à¤• संरचनाों को तृतीयक और चतà¥à¤°à¥à¤§à¤¾à¤¤à¥à¤• संरचनाओं में बदल कर मूल संरचना का निरà¥à¤®à¤¾à¤£ करते हैं।
इन संरचनाओं के निरà¥à¤®à¤¾à¤£ की पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾, जिसे पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ फोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग कहा जाता है, उनके जनà¥à¤® सà¥à¤¥à¤¾à¤¨ पर शà¥à¤°à¥‚ होती है जिसे राइबोजोम कहा जाता है और अधिकांश पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अपने पूरà¥à¤£ संशà¥à¤²à¥‡à¤·à¤£ के अंत में पूरी तरह से आकृत हो मूल संरचना के रूप में उà¤à¤°à¤¤à¥‡ हैं। हालांकि, कà¥à¤› à¤à¤¸à¥‡ हैं जिनà¥à¤¹à¥‡à¤‚ जिनà¥à¤¹à¥‡à¤‚ सही ढंग से आकार पाने के लिठसहायक पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अणà¥à¤“ं की आवशà¥à¤¯à¤•à¤¤à¤¾ होती है, जिनà¥à¤¹à¥‡ चैपरोन कहा जाता है। विà¤à¤¿à¤¨à¥à¤¨ पà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° के पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का अलग-अलग जीवन काल होता है और इसके अंत में इनà¥à¤¹à¥‡ à¤à¤• अलग पà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° के पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अणà¥à¤“ं की आवशà¥à¤¯à¤•à¤¤à¤¾ होती है जो उनà¥à¤¹à¥‡à¤‚ वà¥à¤¯à¤•à¥à¤¤à¤¿à¤—त इकाइयों अलग-अलग कर देता है, इस पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ को पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अनफोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग कहते है। फोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग और अनफोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग दोनों पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾à¤à¤‚ बहà¥à¤¤ विशिषà¥à¤Ÿ, तीवà¥à¤° और à¤à¤• परिà¤à¤¾à¤·à¤¿à¤¤ पथ का अनà¥à¤¸à¤°à¤£ करती हैं। पà¥à¤°à¥‹. साइरस लेविंथल दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ वरà¥à¤£à¤¿à¤¤ लेविथल पैराडॉकà¥à¤¸ के अनà¥à¤¸à¤¾à¤° अगर पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अपने हर à¤à¤• संà¤à¤¾à¤µà¤¿à¤¤ आकृति को समनà¥à¤µà¥‡à¤·à¤¿à¤¤ कर अपनी सही आकृति को पà¥à¤°à¤¾à¤ªà¥à¤¤ करने की चेषà¥à¤Ÿà¤¾ करे तो इस पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ को खगोलीय उमà¥à¤° लग जाà¤à¤—ी। फोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग-अनफोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾à¤“ं में किसी à¤à¥€ तरह की गड़बड़ी से विकृति उतà¥à¤ªà¤¨à¥à¤¨ हो जाती है और कà¤à¥€-कà¤à¥€ इस सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का ढेर बनकर दà¥à¤°à¤µ से आ जाते हैं और कोशिकाओं में जम जाते हैं, जिसके परिणामसà¥à¤µà¤°à¥‚प अलà¥à¤œà¤¾à¤‡à¤®à¤° और पारà¥à¤•à¤¿à¤‚संस रोग जैसे रोग होते हैं।
पà¥à¤°à¥‹. कà¥à¤°à¤¿à¤¶à¥à¤šà¤¿à¤¯à¤¨ बी. अनफिंसन ने राइबोनà¥à¤¯à¥‚कà¥à¤²à¤¿à¤œà¤¼ ठपà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ पर पà¥à¤°à¤¯à¥‹à¤— करके ये दिखाया था कि à¤à¤• विशेष परà¥à¤¯à¤¾à¤µà¤°à¤£à¥€à¤¯ परिसà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿à¤¯à¥‹à¤‚ (तापमान, विलायक à¤à¤•à¤¾à¤—à¥à¤°à¤¤à¤¾ और संरचना, आदि) के तहत पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का पà¥à¤°à¤¾à¤¥à¤®à¤¿à¤• अनà¥à¤•à¥à¤°à¤® जिस पर तह होती है, मूल संरचना के गठन को निरà¥à¤§à¤¾à¤°à¤¿à¤¤ करता है, जो à¤à¤• अदà¥à¤µà¤¿à¤¤à¥€à¤¯, सà¥à¤¥à¤¿à¤° और बलगति रूप से सà¥à¤²à¤ नà¥à¤¯à¥‚नतम ऊरà¥à¤œà¤¾ वाली सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿Â है। कई अधà¥à¤¯à¤¯à¤¨à¥‹à¤‚ से पता चला है कि à¤à¤• टेसà¥à¤Ÿ टà¥à¤¯à¥‚ब में विà¤à¤¿à¤¨à¥à¤¨ à¤à¥Œà¤¤à¤¿à¤• और रासायनिक सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿à¤¯à¥‹à¤‚ में पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की अपनी संरचना खà¥à¤² जाती है और à¤à¤¸à¥€ सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿à¤¯à¥‹à¤‚ को हटाने पर वह अपनी मूल पà¥à¤·à¥à¤Ÿà¤¿ को वापस पà¥à¤°à¤¾à¤ªà¥à¤¤ कर लेता है। इससे पà¥à¤°à¤¾à¤¯à¥‹à¤—िकों को à¤à¤• उचà¥à¤š सà¥à¤¥à¤¾à¤¨à¤¿à¤• और समय पà¥à¤°à¤®à¤¾à¤£à¤¿à¤•à¤¤à¤¾ पर फोलà¥à¤¡-अनफोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग मारà¥à¤— और उसके तंतà¥à¤° को समà¤à¤¨à¥‡ में मदद मिलती है। पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ फोलà¥à¤¡à¤¿à¤‚ग का परिदृशà¥à¤¯ कीप (लैंडसà¥à¤•à¥‡à¤ª फ़नल) तंतà¥à¤° वरà¥à¤¤à¤®à¤¾à¤¨ में वà¥à¤¯à¤¾à¤ªà¤• रूप से सà¥à¤µà¥€à¤•à¥ƒà¤¤ तंतà¥à¤° है, जो तीवà¥à¤° मà¥à¤•à¥à¤¤ ऊरà¥à¤œà¤¾ से मà¥à¤—à¥à¤§ अवसà¥à¤¥à¤¾ में पहà¥à¤à¤šà¤¨à¥‡ के लिठआंतरिक मà¥à¤•à¥à¤¤ ऊरà¥à¤œà¤¾ और सà¥à¤µà¤¤à¤‚तà¥à¤°à¤¤à¤¾-शà¥à¤°à¥‡à¤£à¥€ के शिखाओं और गरà¥à¤¤à¥‹à¤‚ के माधà¥à¤¯à¤® से पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की यातà¥à¤°à¤¾ का वरà¥à¤£à¤¨ करता है। पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अपने संरचना खà¥à¤²à¤¨à¥‡ के दौरान कीप के माधà¥à¤¯à¤® से ही यातà¥à¤°à¤¾ करते हैं।
पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की संरचना के बनने और खà¥à¤²à¤¨à¥‡ के तंतà¥à¤° को समà¤à¤¨à¥‡ की कà¥à¤‚जी, जो अà¤à¥€ à¤à¥€ à¤à¤• चà¥à¤¨à¥Œà¤¤à¥€ है, कीप के à¤à¥€à¤¤à¤° के सà¤à¥€ संरचनाओं के उचà¥à¤š-सà¥à¤¤à¤° पे संरचनातà¥à¤®à¤• वरà¥à¤£à¤¨ अतà¥à¤¯à¤¾à¤µà¤¶à¥à¤¯à¤• है। इस संबंध में à¤à¤¨.à¤à¤®.आर. सà¥à¤ªà¥‡à¤•à¥à¤Ÿà¥à¤°à¥‹à¤¸à¥à¤•à¥‹à¤ªà¥€ सà¤à¥€ आकृतियों के परमाणà¥-सà¥à¤¤à¤° की संरचनातà¥à¤®à¤• और गतिशीलता की जानकारी पà¥à¤°à¤¦à¤¾à¤¨ करने में अदà¥à¤µà¤¿à¤¤à¥€à¤¯ है, और साथ ही अदृशà¥à¤¯, अनफोलà¥à¤¡à¥‡à¤¡ और मधà¥à¤¯à¤µà¤°à¥à¤¤à¥€ सहित सà¤à¥€ आकृतियों की जानकारी पà¥à¤°à¤¦à¤¾à¤¨ करता है। इस काम में हमने आर. आर. à¤à¤®. यà¥à¤•à¥à¤¤ पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ के अनफोलोइंग तंतà¥à¤° को समà¤à¤¨à¥‡ के लिठई. टी. आर.-३ (ETR-3) पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ (मसà¥à¤•à¥à¤²à¤° डिसà¥à¤Ÿà¥à¤°à¥‰à¤«à¥€ रोग से जà¥à¤¡à¤¼à¤¾) से à¤à¤• विहित आर.à¤à¤¨.à¤. रिकगà¥à¤¨à¤¿à¤¶à¤¨ मोटिफ (RRM) का उपयोग किया है। यह टी.डी.पी.-४३ पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ में पाठजाने वाले à¤à¤• समान रूपांकनों के रूप के कारण महतà¥à¤µà¤ªà¥‚रà¥à¤£ है और जिसमे गैर-मूल संरचनातà¥à¤®à¤• ततà¥à¤µà¥‹à¤‚ के गठन के कारण सà¥à¤¨à¤¾à¤¯à¥-पेशी (नà¥à¤¯à¥‚रोमसà¥à¤•à¥à¤²à¤°) रोग उतà¥à¤ªà¤¨à¥à¤¨ होता है। हमने ई. टी. आर.-३ पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ के आर. आर. à¤à¤®.-३ की मूल सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ (कीप के नीचे) और कीप के मधà¥à¤¯ में की à¤à¤• थोड़ी खà¥à¤²à¥€ हà¥à¤ˆ सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ की परमाणà¥-सà¥à¤¤à¤° पर संरचना और गतिशीलता निरà¥à¤§à¤¾à¤°à¤¿à¤¤ की और कीप के शीरà¥à¤· पर उनà¥à¤®à¥à¤•à¥à¤¤ नृतà¥à¤¯ करते हà¥à¤ पूरà¥à¤£à¤¤à¤ƒ खà¥à¤²à¥‡ हà¥à¤ आकृति समूह की संरचनातà¥à¤®à¤• और गतिकी की जानकारी पà¥à¤°à¤¾à¤ªà¥à¤¤ की। हमारे दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ पà¥à¤°à¤¾à¤ªà¥à¤¤ तथà¥à¤¯ ये बताता है कि मधà¥à¤¯à¤µà¤°à¥à¤¤à¥€ आकृति अपने मूल संरचना की तरह है लेकिन उसमे सूजन और अधिक गतिशीलता है। इस संरचना के अनà¥à¤¦à¤° दà¥à¤°à¤µ (पानी) को मूल संरचना की तà¥à¤²à¤¨à¤¾ में अधिक आसानी से जा पाते हैं। माधà¥à¤¯à¤®à¤¿à¤• आकृति के संरचनातà¥à¤®à¤• ततà¥à¤µà¥‹à¤‚ के किनारे पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ के खà¥à¤²à¤¨à¥‡ के आरमà¥à¤à¤¿à¤• सà¥à¤¥à¤² हैं। हालांकि पूरà¥à¤£à¤¤à¤ƒ खà¥à¤²à¥‡ हà¥à¤† आकृति समूह बहà¥à¤¤ ही गतिशील है और उसमे किसी à¤à¥€ संरचनातà¥à¤®à¤• ततà¥à¤µà¥‹à¤‚ की कमी है, फिर à¤à¥€ यह कà¥à¤› विशेष संरचनातà¥à¤®à¤• सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿à¤“ं के लिठपूरà¥à¤µà¤¾à¤—à¥à¤°à¤¹ दिखाती है, जो उनके मूल संरचना की सà¥à¤®à¥ƒà¤¤à¤¿ रखने जैसा पà¥à¤°à¤¤à¥€à¤¤ होता है।
हम मानते हैं कि हमारे दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ वरà¥à¤£à¤¿à¤¤ परमाणà¥-सà¥à¤¤à¤° की जानकारी से विà¤à¤¿à¤¨à¥à¤¨ रोगों में शामिल अनà¥à¤¯ आर. आर. à¤à¤®. के संरचना खà¥à¤²à¤¨à¥‡ की घटनाओं को समà¤à¤¨à¥‡ में मदद मिलेगी |
यह अधà¥à¤¯à¤¯à¤¨ उन पà¥à¤°à¤£à¤¾à¤²à¤¿à¤¯à¥‹à¤‚ को समà¤à¤¨à¥‡ में à¤à¥€ मदद कर सकता है जहां पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ थकà¥à¤•à¥‡à¤¦à¤¾à¤° अवसà¥à¤¥à¤¾ से वापस मूल संरचना में लाया जाता है। इन मामलों में मूल संरचना जैसी मामूली आबादी की à¤à¥€ मौजूदगी हो सकती है, जो पूरी तरह से मूल संरचना में ना हों।
यह शोध मà¥à¤–à¥à¤¯à¤¤à¤ƒ डा. हरà¥à¤·à¥‡à¤¶ à¤à¤Ÿà¥à¤Ÿ और डा. अकà¥à¤·à¤¯ कà¥à¤®à¤¾à¤° गांगà¥à¤²à¥€ दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ किया गया और FCS कारà¥à¤¯ जवाहरलाल नेहरू विशà¥à¤µà¤µà¤¿à¤¦à¥à¤¯à¤¾à¤²à¤¯ (जे. à¤à¤¨. यू. )के à¤à¥Œà¤¤à¤¿à¤• विजà¥à¤žà¤¾à¤¨ के डा. सोà¤à¤¨ सेन के सहà¤à¤¾à¤—िता से की गई | मà¥à¤–à¥à¤¯ पृषà¥à¤ आवरण को शà¥à¤°à¥€ अनà¥à¤ªà¤® पातà¥à¤°à¤¾, वरà¥à¤¤à¤®à¤¾à¤¨ पी.à¤à¤š.डी. छातà¥à¤°, ने बनाया है।
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