Degree of protein structure disorder in prokaryotic and eukaryotic organisms

Abstract

Paradigma vztahu mezi strukturou a funkcí proteinů prošlo v posledních třiceti letech revolucí s objevem vnitřně neuspořádaných proteinů (IDP) a regionů (IDR). Tyto proteiny se ukázaly být klíčovými pro řadu buněčných procesů, včetně signalizace, interakcí mezi proteiny a buněčné regulace. Ačkoliv význam IDP/IDR pro funkci živých organismů je nesporný, jejich strukturní analýza představuje významnou výzvu. I přes pokroky v NMR spektroskopii a v algoritmech hlubokého učení pro predikci struktur proteinů zůstávají IDP/IDR stále relativně neznámou oblastí, se značnými mezerami ve znalostech o jejich chování a funkci v živých systémech. Vnitřně neuspořádané proteiny (IDP) se vyskytují ve všech živých organismech, ale jejich hojnost ukazuje na korelaci mezi složitostí organismů a stupněm neuspořádanosti proteinů. Prokaryotické organismy vykazují mnohem nižší výskyt IDPs než eukaryotické. Zvláště významný stupeň neuspořádanosti je pozorován u jednobuněčných parazitických protistů, což naznačuje, že IDP mají zásadní význam v patogenezi a průběhu nemocí jako je malárie a toxoplazmóza. U lidí jsou dysfunkce IDP spojeny s mnoha onemocněními, včetně neurodegenerativních chorob, jako je Parkinsonova a Alzheimerova nemoc, jako různé typy rakoviny. Porozumění těmto proteinům by mohlo významně ovlivnit vývoj...

The structure-function paradigm of protein biology has been fundamentally changed in the last three decades by the discovery of intrinsically disordered proteins (IDPs) and regions (IDRs). These proteins have been identified as critical components in various cellular processes, including signaling, protein-protein interactions, and regulation. While it is apparent that IDPs/IDRs are vital in the function of living organisms, the study of their structure has posed a great challenge. Despite recent advancements in NMR spectroscopy and deep learning algorithms for protein structure prediction, IDPs/IDRs remain a relatively unnkown territory, with significant gaps in knowledge about their behavior and function in living systems. Although IDPs are present in all life forms, their abundance reveals a correlation between organismal complexity and degree of protein disorder. Prokaryotic organisms exhibit a much lower prevalence of IDPs than eukaryotic. Notably, a substantial degree of disorder is observed in unicellular parasitic protists, implying, that IDPs are fundamental in pathogenesis and the progression of diseases like malaria and toxoplasmosis. In humans, malfunctions in IDPs are linked to many conditions, including neurodegenerative diseases such as Parkinsons's, Alzheimer's as well as various...