Маленький, но мощный: крошечные белки, играющие важную роль в биологии

Маленький, но мощный: крошечные белки, играющие важную роль в биологии

Ученые Солка обнаружили небольшой белок, важный для клеточного хозяйства

LA JOLLA — Мы все знаем, как трудно найти что-то маленькое вроде выпавшей контактной линзы, которая сливается с фоном. Биологам также сложно найти крошечные белки на сложном фоне клетки. Но все чаще ученые узнают, что такие микропротеины, которые упускают из виду традиционные методы обнаружения, также играют важную биологическую роль.

Используя новую стратегию обнаружения микропротеинов, ученые Солка обнаружили человеческий микропротеин, участвующий в одной из ключевых домашних задач клеток: очистке генетического материала, который больше не нужен. Новая молекула может обеспечить лучшее понимание того, как уровни генов, включая гены болезней, контролируются в клетке.

«Несмотря на то, как много мы знаем о геноме человека, в алгоритмах обнаружения генома все еще есть белые пятна», — говорит Алан Сагателян, профессор Солка и один из старших авторов статьи, опубликованной в номере журнала от 5 декабря 2016 г. Природа Химическая биология. «Вы можете секвенировать весь геном человека и никогда не узнать, что такой белок, как этот, был там, потому что он слишком короткий и не соответствует обычным требованиям к длине для алгоритмов назначения генов».

В клетках ДНК гена транскрибируется в мРНК, которая затем направляет производство специфических белков. После создания необходимого белка схема РНК перерабатывается, чтобы остановить производство белка. Хотя этот процесс имеет решающее значение для здоровых клеток, никто не знал о критическом микробелке в этом процессе, называемом NoBody (от неаннотированного полипептида, диссоциирующего P-тело).

Исследователь Сагателяна и Солка Цзяо Ма вместе со старшим автором Сарой Славофф и первым автором Надей Д'Лима из Йельского университета решили изучить NoBody, потому что его последовательность сохраняется на протяжении всей эволюции, предполагая, что он играет важную роль в биологии человека. Их эксперименты показали, что NoBody взаимодействует с белками, участвующими в процессе рециркуляции мРНК, которые, как известно, образуют гранулы P-тела — кластеры мРНК и белков, которые выполняют первый шаг в разрушении мРНК. Команда обнаружила, что введение NoBody в эти клетки вызвало исчезновение этих гранул P-тела и что изменения уровней NoBody внутри клеток могут нарушить путь рециркуляции РНК, подчеркнув биохимическую функцию NoBody и потенциальную цель для будущих терапевтических средств, связанных с РНК. дисфункция.

По словам Сагателяна, одна из причин, по которой эту молекулу так долго игнорировали, заключается в том, что никто не знал о существовании NoBody. Кроме того, никто не искал микропротеины, потому что было неясно, будут ли какие-либо микропротеины выполнять важные функции. «Открытие NoBody и его функции в рециркуляции мРНК предполагает, что по крайней мере некоторые из сотен других обнаруженных нами микропротеинов также могут быть функциональными, что является захватывающим предположением», — говорит он.

Славофф добавляет: «Тот факт, что NoBody присутствовал в этом интенсивно изучаемом комплексе белков все это время, но полностью ускользал от нашего внимания, действительно показывает, сколько еще неизвестных в настоящее время микропротеинов может быть связано с основными клеточными механизмами».

Чтобы обойти проблемы обнаружения и выяснить, какие небольшие микропротеины могут быть пропущены, авторы статьи объединили геномное секвенирование и масс-спектрометрию белков (протеомику) для прогнозирования и идентификации неаннотированных микропротеинов. Команда начала с выделения содержимого клеток из обычно изучаемой клеточной линии миелоидного лейкоза и удаления более крупных белков, чтобы оставить только более мелкие. Затем они использовали метод аналитической химии, называемый протеомикой жидкостной хроматографии-масс-спектроскопии, чтобы определить аминокислотные последовательности каждого белка, включая микропротеины, которые присутствовали в образце.

Чтобы выяснить, с какими генами они связаны, команда использовала самодельный вычислительный метод, чтобы предсказать каждый возможный микропротеин из общего содержания мРНК миелоидной клетки, которую они секвенировали с использованием методов геномики. Затем эта пользовательская база данных использовалась для поиска в их протеомных данных новых микропротеинов и привела к открытию более 400 новых микропротеинов, включая NoBody.

«Мы предсказываем миллионы теоретических белковых последовательностей на основе данных геномики, но ключевой задачей было определить, какие из этих предсказанных последовательностей реальны, используя данные масс-спектрометрии», — говорит Ма, который руководил этим проектом в лаборатории Сагателяна.

Группа считает, что NoBody может сигнализировать о других важных микропротеинах, которые могут быть вовлечены в заболевание. Белковые гранулы обнаруживаются во многих биологических процессах и имеют особое значение при неврологических заболеваниях, когда белки слипаются и агрегируют вместе, например, в амилоидных бляшках, связанных с болезнью Альцгеймера.

«Хотя NoBody не имеет прямого отношения к болезни Альцгеймера или другим заболеваниям, это открытие предполагает, что другие микропротеины могут иметь к этому отношение», — добавляет Сагателян, который также является заведующим кафедрой доктора Фредерика Полсена. «Поиск и характеристика этих других микропротеинов в биологии и болезнях представляет собой захватывающий рубеж в молекулярной биологии».

Среди других авторов статьи были Цянь Чу из Института Солка, Лорен Винклер из Йельский университет, Кен Х. Ло из Массачусетский технологический институт, Элизабет О. Корпус и Йенс Ликке-Андерсон из Университет Калифорнии, Сан-Диегои Богдан А. Будник из Гарвардский университет.

Работа финансировалась постдокторской стипендией Фонда медицинских исследований Джорджа Э. Хьюитта, NIH, Благотворительный фонд Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли грант, и д-р Фредерик Паулсен Председатель/Ferring Pharmaceuticals.