Человеческие клетки имеют в своем распоряжении сложную систему регуляции: маркировку белков низкомолекулярным убиквитином. Впервые команде из Мюнхенского технического университета (TUM) удалось целенаправленно пометить белки убиквитином как в пробирках, так и в живых клетках. Процедура открывает двери для изучения внутренней работы этой жизненно важной системы регуляции.
Он есть у растений, грибов, животных и даже у людей: белок убиквитин. Он содержит последовательность из 76 аминокислот, что делает его относительно небольшой биомолекулой. Но его влияние далеко идущее: тип, положение и количество молекул убиквитина, связанных с белками, определяют их стабильность, функцию и местонахождение внутри клетки.
«Практически на каждый процесс в клетке прямо или косвенно влияет убиквитин. Именно поэтому сбои в работе этого механизма маркировки связаны с развитием и прогрессированием рака и многих других тяжелых заболеваний», - объясняет Кэтрин Ланг, профессор Синтетическая биохимия в Мюнхенском техническом университете.
Открытие важной роли, которую эта система клеточной регуляции играет в контролируемой деградации белков, было отмечено Нобелевской премией по химии 2004 года. Но во многих случаях детали того, как модификации убиквитина влияют на функцию клеток, остаются неясными. Команда Кэтрин Лэнг разработала метод прикрепления убиквитиновых меток к белкам-мишеням - ключ к изучению системы.
Бактериальный фермент создает новые соединения
Команда Ланга использует две уловки, чтобы обойти сложную естественную систему: они включают новую модифицированную аминокислоту, к которой бактериальный фермент сортаза может присоединять убиквитин или убиквитин-подобную молекулу.
Самая большая проблема заключалась в том, чтобы согласовать различные этапы - включение неестественной аминокислоты в целевой белок и перенос убиквитина с помощью фермента сортазы - таким образом, чтобы они работали не только в тесте трубке, но и в живых клетках», - вспоминает Максимилиан Фотнер, ведущий автор исследования.
Тем временем исследователи из Технического университета Мюнхена оптимизировали и запатентовали свой новый метод для множества различных клеточных белков. «Мы уже вступили в сотрудничество с врачами и клеточными биологами, которые теперь хотят работать с нами над изучением влияния убиквитиновых маркеров на развитие рака и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, на молекулярном уровне», - говорит проф. Яз.