Die bestgehüteten Geheimnisse der Proteine ​​enthüllen

Die bestgehüteten Geheimnisse der Proteine ​​enthüllen

Salk-Wissenschaftler entwickeln neuen Ansatz zur Identifizierung wichtiger unentdeckter Funktionen von Proteinen

LA JOLLA – Im geschäftigen Treiben der Zelle treffen Proteine ​​zu Tausenden aufeinander. Trotz des Trubels gelingt es jedem, selektiv mit genau den richtigen Partnern zu interagieren, dank spezifischer Kontaktregionen auf seiner Oberfläche, die angesichts jahrzehntelanger Forschung zur Proteinstruktur und -funktion immer noch weitaus mysteriöser sind, als man erwarten würde.

Jetzt haben Wissenschaftler des Salk Institute eine neue Methode entwickelt, um herauszufinden, welche Oberflächenkontakte auf Proteinen für diese zellulären Interaktionen entscheidend sind. Der neuartige Ansatz zeigt, dass selbst für gut untersuchte Proteine ​​wesentliche neue Funktionen entdeckt werden können und erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung therapeutischer Arzneimittel hat, die stark davon abhängt, wie Arzneimittel physikalisch mit ihren zellulären Zielen interagieren. Das Papier erschien in der frühen Online-Version von Genetik Ende November und soll in der Januar-Druckausgabe der Zeitschrift veröffentlicht werden.

„Dieses Papier veranschaulicht die Leistungsfähigkeit dieser Methodik“, sagt der leitende Autor Vicki Lundblad, Inhaber des Ralph S. und Becky O'Conner-Lehrstuhls. „Es kann nicht nur bisher unentdeckte Aktivitäten eines Proteins identifizieren, sondern auch die genauen Aminosäuren auf einer Proteinoberfläche lokalisieren, die diese neuen Funktionen erfüllen.“

Aminosäuren sind die Bausteine ​​von Proteinen. Ihre spezifische lineare Anordnung bestimmt die Identität eines Proteins, und Cluster von ihnen auf der Oberfläche des Proteins dienen als Kontakte und regulieren, wie dieses Protein mit anderen Proteinen und Molekülen interagiert. Lundblad und ihre Kollegen vermuteten, dass das Ausmaß dieser regulatorischen Landschaft auf der Oberfläche von Proteinen trotz jahrzehntelanger Arbeit zur Entschlüsselung der Geheimnisse von Proteinen weitgehend unerforscht geblieben war. Vor langer Zeit entdeckte ihre Gruppe unerwartet einen solchen regulatorischen Aminosäurecluster, als sie eine nach der anderen 300,000 mutierte Hefezellen durchsuchte. Obwohl diese Arbeit ein neues Forschungsgebiet auf dem Gebiet der Telomerbiologie eröffnete, war Lundblad entschlossen, eine robustere Methodik zu finden, mit der schnell viele weitere dieser unerforschten Proteinoberflächen entdeckt werden könnten.

Da kommt John Lubin ins Spiel, jetzt Doktorand in Lundblads Labor, der bereits als Student mit ihr zusammenzuarbeiten begann.

„Meine Aufgabe bestand darin, herauszufinden, wie man 30 statt 300,000 mutierte Hefezellen durchsuchen kann, um neue Aktivitäten für ein Protein zu entdecken“, sagt Lubin, der Co-Erstautor der Arbeit. Timothy Tucey, der andere Co-Erstautor, war Postdoktorand in Lundblads Gruppe und ist jetzt an der Monash University.

Gemeinsam wandten sie sich einem Protein namens Est1 zu, das Lundblad 1989 als Postdoktorand in Hefe entdeckt hatte. Est1 ist eine Untereinheit eines Proteins (Enzyms) namens Telomerase, das die Schutzkappen an den Enden der Chromosomen (sogenannte Telomere) hält ) davor, zu kurz zu werden. Als erste entdeckte Untereinheit der Telomerase wurde Est1 von vielen Forschungsgruppen intensiv untersucht.

Der Ansatz des Salk-Teams bestand darin, eine kleine, aber maßgeschneiderte Reihe von Mutationen in Hefezellen einzuführen, die die Oberflächenkontakte auf dem Est1-Protein der Zellen selektiv unterbrechen würden. Anschließend analysierte das Team die Zellen, um festzustellen, welche Auswirkungen die verschiedenen Mutationen gegebenenfalls hatten. Anomalien, die auf eine bestimmte Mutation zurückzuführen sind, lassen darauf schließen, welche Rolle die nicht mutierte Version spielte. Dazu nutzten sie einen genetischen Trick, indem sie die Zellen mit jedem mutierten Protein überfluteten und nach dem seltenen mutierten Protein suchten, das die Zellfunktion beeinträchtigen könnte, da ihre früheren Arbeiten gezeigt hatten, dass dieses bevorzugt auf die Proteinoberfläche abzielt.

Lundblads Team entdeckte durch diesen Ansatz vier Funktionen für Est1. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Beeinträchtigung einer dieser vier Funktionen durch Mutationen an den Oberflächenaminosäuren von Est1 zu Zellen mit kritisch kurzen Telomeren führte, was auf spezifische Rollen der Est1-Kontakte im Telomerasekomplex hinweist.

„Was uns an dieser Technik begeistert, ist, dass sie auf zahlreiche Proteine ​​angewendet werden kann“, sagt Lundblad. „Insbesondere viele therapeutische Medikamente sind darauf angewiesen, dass sie Zugang zu einer ganz bestimmten Stelle auf einer Proteinoberfläche haben, die unserer Meinung nach mit dieser Methode aufgedeckt werden kann.“

Mit diesem Ansatz hat ihr Team bereits neue Funktionen für eine Reihe von Proteinen entdeckt, die die Stabilität des Genoms regulieren, und sich außerdem um Zuschüsse zur Finanzierung der Erforschung von Wirkstoffzielen beworben.

Die Arbeit wurde von den National Institutes of Health, der National Science Foundation, der Rose Hills Foundation und dem Glenn Center for Aging Research finanziert.