صغيرة لكنها قوية: بروتينات صغيرة لها دور كبير في علم الأحياء

صغيرة لكنها قوية: بروتينات صغيرة لها دور كبير في علم الأحياء

اكتشف علماء سالك بروتينًا صغيرًا مهمًا للتدبير المنزلي الخلوي

LA JOLLA - نعلم جميعًا مدى صعوبة العثور على شيء صغير مثل العدسات اللاصقة الساقطة التي تمتزج في الخلفية. وبالمثل ، من الصعب على علماء الأحياء العثور على بروتينات دقيقة على الخلفية المعقدة للخلية. ولكن ، بشكل متزايد ، يتعلم العلماء أن مثل هذه البروتينات الدقيقة ، التي يتم تجاهلها من خلال طرق الكشف التقليدية ، لها أيضًا أدوار بيولوجية مهمة تلعبها.

باستخدام استراتيجية جديدة للكشف عن البروتينات الدقيقة ، اكتشف علماء Salk بروتينًا بشريًا دقيقًا يشارك في إحدى مهام التدبير المنزلي الرئيسية للخلايا: إزالة المواد الجينية التي لم تعد هناك حاجة إليها. يمكن للجزيء الجديد أن يوفر فهمًا أفضل لكيفية التحكم في مستويات الجينات ، بما في ذلك جينات المرض ، في الخلية.

"على الرغم من مقدار ما نعرفه عن الجينوم البشري ، لا تزال هناك نقاط عمياء في خوارزميات اكتشاف الجينوم" ، كما يقول آلان ساغاتيليان، أستاذ Salk وأحد كبار المؤلفين على الورقة التي تظهر في عدد 5 ديسمبر 2016 من الطبيعة الكيميائية الحياتية. "يمكنك تسلسل الجينوم البشري بأكمله ولا تعرف أبدًا أن بروتينًا ، مثل هذا ، كان موجودًا لأنه قصير جدًا ويقل عن متطلبات الطول المعتادة لخوارزميات تخصيص الجينات."

في الخلايا ، يتم نسخ الحمض النووي للجين إلى mRNA ، والذي يوجه بعد ذلك إنتاج بروتينات معينة. بعد تكوين البروتين الضروري ، يُعاد تدوير مخطط الحمض النووي الريبي لإيقاف إنتاج البروتين. في حين أن هذه العملية ضرورية للخلايا السليمة ، لم يكن أحد على دراية بالبروتين الدقيق المهم في هذه العملية ، والذي يُسمى NoBody (لعديد ببتيد غير مشروح في الجسم).

قرر الباحث Saghatelian و Salk Jiao Ma ، مع المؤلف الكبير المشارك سارة سلافوف والمؤلف الأول Nadia D'Lima ، وكلاهما من جامعة Yale ، دراسة NoBody لأن تسلسلها محفوظ طوال التطور ، مما يشير إلى أنه كان له وظيفة حاسمة في علم الأحياء البشري. أظهرت تجاربهم أن NoBody يتفاعل مع البروتينات المشاركة في عملية إعادة تدوير الرنا المرسال المعروفة بتكوين حبيبات P-body - مجموعات من mRNAs والبروتينات التي تؤدي الخطوة الأولى في تفكيك الرنا المرسال. وجد الفريق أن إدخال NoBody في هذه الخلايا تسبب في اختفاء حبيبات الجسم P وأن التغييرات في مستويات NoBody داخل الخلايا يمكن أن تزعج مسار إعادة تدوير الحمض النووي الريبي ، مما يبرز الوظيفة الكيميائية الحيوية لـ NoBody والهدف المحتمل للعلاجات المستقبلية المتعلقة بـ RNA. اختلال وظيفي.

جزء من سبب التغاضي عن هذا الجزيء لفترة طويلة ، وفقًا لساغاتيليان ، هو أنه لا أحد يعرف أن لا أحد موجود. بالإضافة إلى ذلك ، لم يبحث أحد عن البروتينات الدقيقة لأنه لم يكن من الواضح ما إذا كانت البروتينات الدقيقة لها وظائف مهمة. يقول: "إن اكتشاف NoBody ووظيفته في إعادة تدوير الرنا المرسال يشير إلى أن بعضًا على الأقل من مئات البروتينات الدقيقة الأخرى التي وجدناها قد تكون وظيفية أيضًا ، وهو اقتراح مثير للاهتمام".

يضيف سلافوف ، "حقيقة أن NoBody كان حاضرًا في هذا المركب المدروس بشكل مكثف من البروتينات طوال هذا الوقت ، لكنه أفلت تمامًا من ملاحظتنا ، وهو حقًا يحدد عدد البروتينات الدقيقة غير المعروفة حاليًا والتي يمكن أن ترتبط بالآليات الخلوية الأساسية."

للتغلب على مشكلات الاكتشاف ومعرفة البروتينات الدقيقة الصغيرة التي يمكن التغاضي عنها ، قام مؤلفو الورقة بدمج التسلسل الجيني وقياس طيف كتلة البروتين (البروتينات) للتنبؤ وتحديد البروتينات الدقيقة غير المشروحة. بدأ الفريق بعزل محتويات الخلايا من خط خلايا سرطان الدم النخاعي الذي تمت دراسته بشكل شائع وإزالة البروتينات الأكبر حجمًا لتترك فقط البروتينات الأصغر. ثم استخدموا تقنية كيميائية تحليلية تسمى بروتينات التحليل الطيفي الكتلي للكروماتوغرافيا السائلة لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية لكل بروتين ، بما في ذلك البروتينات الدقيقة ، التي كانت موجودة في العينة.

لمعرفة الجينات التي تم تعيينها لها ، استخدم الفريق طريقة حسابية محلية الصنع للتنبؤ بكل بروتين دقيق محتمل من إجمالي محتوى الرنا المرسال في الخلية النخاعية ، والتي قاموا بترتيبها باستخدام تقنيات الجينوم. ثم تم استخدام قاعدة البيانات المخصصة هذه للبحث في بيانات البروتينات الخاصة بهم عن البروتينات الدقيقة الجديدة وأدت إلى اكتشاف أكثر من 400 بروتين دقيق جديد ، بما في ذلك NoBody.

يقول ما ، الذي كان قائد هذا المشروع في مختبر ساغاتيلي: "نتوقع الملايين من تسلسلات البروتين النظرية من بيانات الجينوميات ، لكن المفتاح كان تحديد أي من تلك التسلسلات المتوقعة حقيقي باستخدام بيانات قياس الطيف الكتلي".

تعتقد المجموعة أن NoBody قد تشير إلى البروتينات الدقيقة المهمة الأخرى التي قد تكون متورطة في المرض. توجد حبيبات البروتين في العديد من العمليات البيولوجية ولها أهمية خاصة في الأمراض العصبية ، حيث تتكتل البروتينات وتتجمع معًا ، كما هو الحال في لويحات الأميلويد المرتبطة بمرض الزهايمر.

ويضيف ساغاتيليان ، الذي يشغل أيضًا كرسي الدكتور فريدريك بولسن: "في حين أن NoBody ليست متورطة بشكل مباشر في مرض الزهايمر أو أمراض أخرى ، فإن هذا الاكتشاف يشير إلى احتمال وجود بروتينات دقيقة أخرى". "يمثل البحث عن هذه البروتينات الدقيقة الأخرى وتوصيفها في علم الأحياء والمرض حدودًا مثيرة في علم الأحياء الجزيئي."

من بين المؤلفين الآخرين في الورقة كيان تشو من معهد سالك ، لورين وينكلر جامعة ييل، كين هـ. لوه من معهد ماساتشوستس للتكنولوجياو Elizabeth O. Corpuz و Jens Lykke-Anderson من جامعة كاليفورنيا، سان دييغو، وبوجدان أ. بودنيك جامعة هارفارد.

تم تمويل العمل من قبل زمالة مؤسسة جورج إي هيويت للأبحاث الطبية لما بعد الدكتوراه ، و المعاهد الوطنية للصحة, صندوق ليونا إم وهاري بي هيلمسلي الخيري منحة ، ورئيس الدكتور فريدريك بولسن / Ferring Pharmaceuticals.