Een coiled-coil (spiraal in spiraal) is een structuurmotief bij proteïnen waarin 2–7 alfa-helices in elkaar zijn gevlochten als de strengen van een touw. (Dimeren en trimeren van eiwitten zijn de meest voorkomende typen.) Veel coiled-coil eiwitten zijn betrokken bij belangrijke biologische functies, zoals de regulatie van genexpressie — bijvoorbeeld transcriptiefactoren. Bekende voorbeelden zijn de oncoproteïnen c-Fos en c-Jun, evenals het motoreiwit myosine.

Proteïnen met coiled-coil 
 Lamine en andere intermediair filamenten
 Bepaalde myosinen
 Fibrine
 Leucineritsmotief

Ontdekking 
De mogelijkheid van coiled-coil voor α-keratine was aanvankelijk enigszins controversieel. Linus Pauling en Francis Crick kwamen ongeveer tegelijkertijd onafhankelijk van elkaar tot de conclusie dat dit mogelijk was. In de zomer van 1952 bezocht Pauling het laboratorium in Engeland waar Crick werkte. Pauling en Crick ontmoetten elkaar en spraken over verschillende onderwerpen; op een gegeven moment vroeg Crick of Pauling "coiled-coil" had overwogen (Crick kwam met de term), waarop Pauling zei dat hij dat had gedaan. Bij terugkeer in de Verenigde Staten hervatte Pauling het onderzoek van dit onderwerp. Hij concludeerde dat er coiled-coils bestaan en diende in oktober een lang manuscript in bij het tijdschrift Nature. Pauling's zoon Peter Pauling werkte in hetzelfde laboratorium als Crick en vertelde hem van het rapport. Crick geloofde dat Pauling zijn idee had gestolen en diende een paar dagen nadat Pauling's manuscript arriveerde een kortere notitie in bij 'Nature'. Uiteindelijk, na enige controverse en frequente correspondentie, verklaarde het laboratorium van Crick dat het idee onafhankelijk door beide onderzoekers was ontstaan en dat er geen intellectuele diefstal had plaatsgevonden. In zijn notitie (die voor het eerst werd gepubliceerd vanwege de kortere lengte) stelde Crick de coiled-coil voor, evenals wiskundige methoden om hun structuur te bepalen. Opmerkelijk genoeg was dit kort nadat de structuur van de alfa-helix in 1951 werd voorgesteld door Linus Pauling en collega's.. Deze onderzoeken zijn gepubliceerd bij gebrek aan kennis over een keratinesequentie. De eerste keratinesequenties werden in 1982 bepaald door Hanukoglu en Fuchs

Op basis van sequentie- en secundaire structuurvoorspellingsanalyses zijn de coiled-coil domeinen van keratine geïdentificeerd. Deze modellen zijn bevestigd door structuuranalyses van coiled-coil domeinen van keratine.

Moleculaire structuur 

Coiled-coils bevatten gewoonlijk een herhaald patroon, hxxhcxc, van hydrofobe (H), geladen (C) en polaire (P) aminozuurresiduen, ook wel een heptad repeat genoemd.
De posities in de heptad-repeat worden gewoonlijk aangeduid met abcdefg, waarbij a en d de hydrofobe posities zijn, vaak bezet door isoleucine, leucine, of valine. Wanneer deze sequentie in een α-helix wordt gewikkeld, worden deze hydrofobe residuen uitgelijnd in een band die zelf een linksdraaiende helix rond de α-helix vormt. Dit resulteert in een amfifiele structuur die, in het cytoplasma van een cel, de neiging heeft zodanig te dimeriseren dat twee α-helices zich om elkaar heen wikkelen, waardoor hun respectieve hydrofobe residuen met elkaar in contact komen. De pakking in een coiled-coilinterface is uitzonderlijk strak, met bijna volledig vanderWaalskracht contact tussen de zijketens van de a en d  residuen. Deze krappe pakking werd oorspronkelijk voorspeld door Francis Crick in 1952 en wordt de Knobs into holes packing genoemd.

De alfa-helices kunnen parallel of antiparallel zijn en hebben gewoonlijk een linkshandige superspoel. Hoewel dit niet de voorkeur heeft, zijn er ook enkele rechtshandige coiled-coils waargenomen in de natuur en in ontworpen kunstmatige eiwitten.

Biologische functies

Betekenis bij HIV-infectie 

Het virale binnendringen in de T-helpercellen (CD4) begint wanneer drie subeenheden van een glycoproteïne 120 (gp120) zich binden aan de CD4-receptor en een CCR5 co-receptor. Glycoproteïne gp120 is nauw verbonden met een trimeer van gp41 via vanderwaalskrachten-interacties. Binding van gp120 aan de CD4-receptor en co-receptor leidt een aantal conformationele veranderingen in de structuur tot de dissociatie van gp120 en tot het contact met het glycoproteïne gp41 en tegelijkertijd tot de verankering van de gp41 N-terminale fusiepeptide-sequentie in de gastheercel. Een veermechanisme is verantwoordelijk voor het zo dicht bij elkaar brengen van de virus- en celmembranen dat ze kunnen samensmelten. De oorsprong van het veerbelaste mechanisme ligt in het contact met gp41, dat twee opeenvolgende heptad repeats (HR1 en HR2) bevat, volgend op het fusiepeptide aan de N-terminus van het eiwit. HR1 vormt een parallelle, trimere coiled-coil waarop het HR2-gebied zich spiraliseert, waardoor de trimeerhaarspeldenstructuur (of zes-helixbundel) wordt gevormd. Hierdoor wordt membraanfusie vergemakkelijkt door de membranen dicht bij elkaar te brengen. Het virus komt vervolgens de cel binnen en begint na het afstoten van de enveloppen met zijn replicatie. Onlangs zijn remmers ontwikkeld die zijn afgeleid van HR2, zoals enfuvirtide (Fuzeon) (DP178, T-20), binden zich aan het HR1-gebied op gp41. Peptiden afgeleid van HR1 hebben echter weinig virale remmingseffectiviteit vanwege de neiging van deze peptiden om in oplossing te aggregeren. Er zijn viruschimeren van deze HR1-afgeleide peptiden met GCN4-leucineritsmotieven ontwikkeld, die actiever zijn dan Fuzeon.

Als oligomerisatiemarkeringen 
Vanwege hun specifieke interactie kunnen coiled-coils worden gebruikt als "markering" om een specifieke oligomerisatietoestand te stabiliseren of af te dwingen. Er is waargenomen dat een coiled-coil interactie de oligomerisatie van de BBS2 en BBS7 subeenheden van de BBSome aanstuurt.  

Proteïne

distal tips of gp41 are inserted into the cellular membrane. 4. gp41 undergoes significant conformational change; folding in half and forming coiled-coils. This process pulls the viral and cellular membranes together, fusing them.