В суматохе клетки тысячи белков сталкиваются друг с другом. Несмотря на шумиху, каждому из них удается избирательно взаимодействовать с нужными партнерами благодаря особым контактным областям на его поверхности, которые все еще гораздо более загадочны, чем можно было бы ожидать, учитывая десятилетия исследований структуры и функций белков.
Теперь ученые из Института Солка разработали новый метод для определения того, какие поверхностные контакты на белках имеют решающее значение для этих клеточных взаимодействий. Новый подход показывает, что важные новые функции могут быть обнаружены даже у хорошо изученных белков, и имеет важное значение для разработки терапевтических лекарств, которая сильно зависит от того, как лекарства физически взаимодействуют со своими клеточными мишенями. Статья появилась в ранней онлайн-версии журнала Genetics в конце ноября и должна быть опубликована в январском печатном выпуске журнала.
«Эта статья иллюстрирует силу этой методологии», - говорит старший автор Вики Лундблад, обладательница кафедры Ральфа С. и Бекки О'Коннер. «Он может не только идентифицировать ранее не обнаруженную активность белка, но также может точно определить аминокислоты на поверхности белка, которые выполняют эти новые функции».
Аминокислоты являются строительными блоками белков. Их специфическое линейное расположение определяет идентичность белка, а их скопления на поверхности белка служат контактами, регулирующими взаимодействие этого белка с другими белками и молекулами. Лундблад и ее коллеги подозревали, что, несмотря на десятилетия работы по расшифровке тайн белков, степень этого регулирующего ландшафта на поверхности белков оставалась в основном неизученной. Давным-давно ее группа неожиданно обнаружила один такой кластер регуляторных аминокислот, просматривая один за другим 300 000 мутантных дрожжевых клеток. Хотя эта работа открыла новую область исследований в области биологии теломер, Лундблад был полон решимости разработать более надежную методологию, которая могла бы быстро открыть многие другие неисследованные поверхности белков.
Входит Джон Любин, ныне аспирант лаборатории Лундблад, который начал работать с ней еще в студенческие годы.
«Моя задача состояла в том, чтобы выяснить, как искать в 30 мутантных дрожжевых клетках вместо 300 000, чтобы обнаружить новые активности белка», - говорит Любин, соавтор статьи. Тимоти Тьюси, другой соавтор, был исследователем с докторской степенью в группе Лундблада, а сейчас работает в Университете Монаша.
Вместе они обратились к белку под названием Est1, который Лундблад обнаружил в дрожжах в качестве исследователя с докторской степенью в 1989 году. Est1 является субъединицей белка (фермента) под названием теломераза, который удерживает защитные колпачки на концах дрожжей. хромосомы (известные как теломеры) становятся слишком короткими. Как первая обнаруженная субъединица теломеразы, Est1 подверглась интенсивному изучению многими исследовательскими группами.
Подход команды Солка заключался в том, чтобы ввести небольшой, но индивидуальный набор мутаций в дрожжевые клетки, которые избирательно нарушали бы поверхностные контакты на клеточном белке Est1. Затем команда проанализировала клетки, чтобы увидеть, какой эффект оказали различные мутации. Аномалии, возникающие в результате конкретной мутации, позволяют предположить, какова роль немутировавшей версии. Для этого они использовали генетический трюк, заполнив клетки каждым мутантным белком и выискивая редкий мутантный белок, который мог бы мешать функционированию клетки, поскольку их предыдущая работа показала, что это будет преимущественно нацелено на поверхность белка.
Команда Лундблада с помощью этого подхода обнаружила четыре функции для Est1. Ученые обнаружили, что нарушение любой из этих четырех функций путем мутаций в поверхностных аминокислотах Est1 приводит к появлению клеток с критически короткими теломерами, что указывает на специфическую роль контактов Est1 в теломеразном комплексе.
«Что нас порадовало в этой методике, так это то, что ее можно применять к множеству белков», - говорит Лундблад.«В частности, многие терапевтические препараты полагаются на возможность доступа к очень определенному месту на поверхности белка, которое, как мы подозреваем, можно обнаружить с помощью этого метода».
Используя этот подход, ее команда уже обнаружила новые функции для набора белков, которые регулируют стабильность генома, а также подала заявку на гранты, которые финансируют исследования мишеней для лекарств.