Новое исследование, проведенное учеными Университета Висконсин-Мэдисон, определило структурную основу того, как прочно связанные белковые комплексы разрушаются, чтобы стать инактивированными. Структура объясняет, почему комплексы менее активны при некоторых видах рака и нейродегенеративных заболеваниях, и предлагает отправную точку для определения мишеней лекарственных препаратов для их реактивации.
По мере того, как мы растем, наши клетки реагируют на строго регулируемые сигналы, которые говорят им расти и делиться, пока им не понадобится развиться в специализированные ткани и органы. Большинство взрослых клеток специализированы, и они правильно реагируют на сигналы, говорящие им прекратить рост. Рак может развиться, когда с этими сигналами что-то пойдет не так.
Одним из таких сигналов «остановись и специализируйся» являются белковые комплексы, известные как PP2A. Известно около 100 комплексов PP2A, и, по оценкам, вместе они регулируют почти одну треть всех клеточных белков. Эти комплексы состоят из ядра, которое неактивно до тех пор, пока оно не смешивается и не сочетается с одним из нескольких белков специфичности, образуя прочно связанные активные комплексы PP2A. Активный PP2A использует этих партнеров по специфичности для поиска своих мишеней - обычно белков, способствующих росту, - и инактивирует их. Таким образом, PP2A является важным сигналом для контроля роста клеток и поддержания нормальных неврологических функций. Неудивительно, что он мутирует при многих видах рака и неврологических расстройствах.
«Мы много знаем о том, как формируются активные комплексы PP2A и идентифицируют все больше и больше своих мишеней в клетках, но мы очень мало знаем о том, как они инактивируются», - объясняет Йонгна Син, доцент кафедры онкологии с Онкологический центр UW Carbone и Лаборатория исследований рака Макардла, а также старший автор нового исследования, опубликованного сегодня (декабрь 2018 г.).22, 2017) в Nature Communications. «Это очень сложный комплекс, он почти как скала, но должен быть способ разрушить его».
Предыдущая работа Сина показала, что PP2A неактивен, когда присоединен регуляторный белок 4. Однако, когда на активные комплексы PP2A воздействовали 4, они оставались активными, а это означало, что должен был быть еще один триггер, который разрушил комплекс.
В новом исследовании Син и ее коллеги идентифицируют этот триггер как белок TIPRL. Когда они заразили активные комплексы PP2A с 4 и TIPRL, комплексы распались. Затем они определили трехмерную структуру TIRPL с PP2A с помощью метода, известного как рентгеновская кристаллография.
«Структура показывает, как TIPRL может атаковать активные комплексы PP2A, даже несмотря на то, что она имеет гораздо более низкое сходство, чем субъединицы специфичности для ядра PP2A», - говорит Син. «С помощью структуры мы смогли определить, как TIRPL может атаковать комплекс, изменить его структуру и вместе с 4 заставить его надежно развалиться. Было трудно представить, как этот процесс может происходить без понимания структуры».
Если рассматривать PP2A как силовую отвертку, выводы имеют большой практический смысл. Основной белок - это моторизованная основа, а белки специфичности - те, которые смешиваются и подбираются друг к другу, чтобы помочь PP2A найти правильную цель - это головки винтов. Когда вы хотите перейти с крестовой отвертки на плоскую, вы не выбрасываете весь комплекс отверток и покупаете новый; скорее вы отсоединяете головку одного винта и прикрепляете другой. Точно так же для клетки требуется энергия, чтобы расщепить весь комплекс PP2A, поэтому роль TIPRL состоит в том, чтобы отделить белок специфичности и переработать ядро PP2A..
Одним из наиболее интересных результатов исследования структуры было то, насколько гибок TIRPL по сравнению с субъединицами специфичности, что побудило исследователей задаться вопросом, как мутации PP2A, обычно наблюдаемые у больных раком, влияют на связывание TIPRL. Используя нормальное ядро или ядро PP2A, содержащее эти мутации, они измерили, насколько хорошо TIPRL и субъединицы специфичности могут связываться с ним. Они обнаружили, что коровые мутации почти не влияют на связывание TIPRL, но резко ослабляют связывание специфичных белков. Эти мутации, вероятно, вызывают переход от активных комплексов PP2A к разобранной и неактивной форме.
«При многих заболеваниях, включая рак и нейродегенеративные заболевания, PP2A в целом менее активен, часто из-за мутаций», - отмечает Син. «Эта структура помогает объяснить, как эти мутации приводят к подавлению PP2A, сдвигая баланс в сторону комплексной диссоциации, индуцированной TIPRL».
С этой структурой Син рассчитывает лучше понять цикл активации и инактивации PP2A и то, как он регулирует рост клеток.
«Например, известно, что активный PP2A ингибирует K-ras, белок, который стимулирует рост многих опухолей и в настоящее время не имеет хороших клинических ингибиторов», - говорит Син. «Если вы сможете найти способ повторно активировать PP2A, это может оказаться очень важным для лечения этих видов рака».