작지만 강력한: 생물학에서 큰 역할을 하는 작은 단백질

작지만 강력한: 생물학에서 큰 역할을 하는 작은 단백질

소금 과학자들은 세포 관리에 중요한 작은 단백질을 발견합니다

LA JOLLA—배경과 섞이는 떨어진 콘택트 렌즈와 같은 작은 것을 찾는 것이 얼마나 어려운지 우리 모두 알고 있습니다. 생물학자들이 세포의 복잡한 배경에 대해 작은 단백질을 찾는 것도 마찬가지로 어렵습니다. 그러나 점점 더 과학자들은 전통적인 검출 방법으로는 간과되는 미세단백질이 중요한 생물학적 역할을 한다는 사실을 알게 되었습니다.

새로운 미세 단백질 탐지 전략을 사용하여 Salk 과학자들은 세포의 주요 관리 작업 중 하나인 더 이상 필요하지 않은 유전 물질을 제거하는 것과 관련된 인간 미세 단백질을 발견했습니다. 새로운 분자는 질병 유전자를 포함한 유전자 수준이 세포에서 어떻게 조절되는지 더 잘 이해할 수 있게 해준다.

"우리가 인간 게놈에 대해 얼마나 많이 알고 있음에도 불구하고 게놈 발견 알고리즘에는 여전히 사각지대가 있습니다."라고 말합니다. 앨런 사가텔리안, Salk 교수와 5년 2016월 XNUMX일호에 게재된 논문의 수석 저자 중 한 명 자연 화학 생물학. "전체 인간 게놈을 시퀀싱할 수 있으며 이와 같은 단백질이 너무 짧고 유전자 할당 알고리즘에 대한 일반적인 길이 요구 사항보다 낮기 때문에 거기에 있는지 결코 알 수 없습니다."

세포에서 유전자의 DNA는 mRNA로 전사되어 특정 단백질 생산을 안내합니다. 필요한 단백질이 생성되면 RNA 청사진을 재활용하여 단백질 생산을 중단합니다. 이 과정은 건강한 세포에 중요하지만 아무도 이 과정에서 NoBody(주석이 없는 P-body 분리 폴리펩타이드용)라고 하는 중요한 미세 단백질을 인식하지 못했습니다.

Saghatelian과 Salk 연구원인 Jiao Ma는 Yale University의 공동 선임 저자인 Sarah Slavoff 및 첫 번째 저자인 Nadia D'Lima와 함께 NoBody를 연구하기로 결정했습니다. 그들의 실험은 NoBody가 mRNA 분해의 첫 번째 단계를 수행하는 mRNA 및 단백질의 클러스터인 P-바디 과립을 형성하는 것으로 알려진 mRNA 재활용 과정에 관여하는 단백질과 상호 작용한다는 것을 보여주었습니다. 연구팀은 이러한 세포에 노바디를 도입하면 이러한 P-바디 과립이 사라지고 세포 내 노바디 수준의 변화가 RNA 재활용 경로를 방해할 수 있다는 사실을 발견했다. 기능 장애.

Saghatelian에 따르면 이 분자가 오랫동안 간과된 이유 중 하나는 NoBody가 존재한다는 것을 아무도 몰랐기 때문입니다. 또한 어떤 미세단백질이 중요한 기능을 하는지가 불분명했기 때문에 아무도 미세단백질을 찾지 않았습니다. "NoBody의 발견과 mRNA 재활용에서의 기능은 우리가 발견한 수백 가지의 다른 미세 단백질 중 적어도 일부가 기능적일 수 있음을 시사하며 이는 흥미로운 제안입니다."라고 그는 말합니다.

Slavoff는 "NoBody가 지금까지 집중적으로 연구된 이 단백질 복합체에 존재했지만 완전히 우리의 주의를 끌지 못했다는 사실은 현재 알려지지 않은 미세단백질이 얼마나 더 많은 필수 세포 기계와 연관될 수 있는지를 실감하게 합니다."라고 덧붙였습니다.

검출 문제를 해결하고 어떤 작은 미세 단백질이 간과될 수 있는지 알아보기 위해 논문의 저자는 게놈 시퀀싱과 단백질 질량 분석법(프로테오믹스)을 결합하여 주석이 없는 미세 단백질을 예측하고 식별했습니다. 연구팀은 일반적으로 연구되는 골수성 백혈병 세포주에서 세포의 내용물을 분리하고 더 작은 단백질만 남기기 위해 더 큰 단백질을 제거하는 것으로 시작했습니다. 그런 다음 액체 크로마토그래피-질량 분광학 프로테오믹스(liquid chromatography-mass spectroscopy proteomics)라는 분석 화학 기술을 사용하여 샘플에 존재하는 미세 단백질을 포함한 모든 단백질의 아미노산 서열을 결정했습니다.

이들이 어떤 유전자에 매핑되었는지 알아내기 위해 팀은 수제 계산 방법을 사용하여 골수 세포의 총 mRNA 함량에서 가능한 모든 미세 단백질을 예측했으며, 유전체학 기술을 사용하여 시퀀싱했습니다. 그런 다음 이 맞춤형 데이터베이스를 사용하여 새로운 미세 단백질에 대한 단백질체학 데이터를 검색했으며 NoBody를 포함하여 400개 이상의 새로운 미세 단백질을 발견했습니다.

Saghatelian 연구실에서 이 프로젝트를 주도한 Ma는 "우리는 게놈 데이터에서 수백만 개의 이론적 단백질 서열을 예측하지만 핵심은 질량 분석 데이터를 사용하여 예측된 서열 중 어느 것이 진짜인지 결정하는 것이었습니다."라고 말했습니다.

이 그룹은 NoBody가 질병에 관여할 수 있는 다른 중요한 미세 단백질에 신호를 보낼 수 있다고 생각합니다. 단백질 과립은 많은 생물학적 과정에서 발견되며 알츠하이머병과 관련된 아밀로이드 플라크와 같이 단백질이 뭉치고 응집되는 신경계 질환과 특히 관련이 있습니다.

"NoBody가 알츠하이머병이나 다른 질병에 직접 관여하지는 않지만, 이 발견은 다른 미세단백질이 관여할 수 있음을 시사합니다."라고 Dr. Frederik Paulsen 의장이기도 한 Saghatelian은 덧붙입니다. "생물학 및 질병에서 이러한 다른 미세 단백질의 검색 및 특성화는 분자 생물학의 흥미로운 개척을 나타냅니다."

이 논문의 다른 저자로는 Salk Institute의 Qian Chu, 예일 대학교, Ken H. Loh의 기술 매사추세츠 공과 대학, Elizabeth O. Corpuz와 Jens Lykke-Anderson의 캘리포니아 대학, 샌디에고, 및 Bogdan A. Budnik의 하버드 대학교.

이 작업은 George E. Hewitt Foundation for Medical Research 박사후 연구원의 자금 지원을 받았습니다. NIH, Leona M. 및 Harry B. Helmsley 자선 신탁 그랜트 및 Dr. Frederik Paulsen 회장/Ferring 제약.