Новый взгляд на молекулярный механизм деградации белков

В сложном молекулярном ландшафте клетки координация белков требует точного контроля во избежание заболеваний. Некоторые белки должны синтезироваться в определенное время, другие требуют, чтобы они расщеплялись и перерабатывались в соответствующее время. Деградация белка является важным процессом, который влияет на клеточную активность, такую ​​как клеточный цикл, гибель клеток или иммунный ответ. В основе этого процесса лежит протеасома, центр переработки клеток. Протеасома разрушает белки, если они несут молекулярную метку, состоящую из цепочки молекул убиквитина. Задача связывания этой метки ложится на плечи ферментов, известных как убиквитинлигазы.

Этот процесс, известный как полиубиквитинирование, долгое время было трудно изучать из-за его быстрого и сложного характера. Чтобы решить эту проблему, ученые из Научно-исследовательского института молекулярной биологии (IMP) в Вене, Медицинской школы Университета Северной Каролины и их коллеги использовали ряд методов, сочетая криогенную электронную микроскопию (крио-ЭМ) с современными методами. -современные техники. Алгоритмы глубокого обучения. «Наша цель состояла в том, чтобы зафиксировать поэтапное мультиубиквитинирование с помощью крио-ЭМ исследований с временным разрешением», — сказал Дэвид Хассельбак, доктор философии, руководитель группы в IMP. «Этот метод позволил нам визуализировать и проанализировать сложные молекулярные взаимодействия, которые происходят во время этого процесса». Процесс, как в покадровом фильме.

Биохимический временной интервал

Исследование опубликовано в журнале структурная природа и молекулярная биология, Изучает движения комплекса, способствующего анафазе/циклосоме (APC/C), фермента убиквитина, который управляет клеточным циклом. Механизмы, лежащие в основе связывания APC/C с передачей сигналов убиквитина, остаются неразгаданной загадкой. Хассельбек и Николас Браун, доктор философии, доцент кафедры фармакологии Медицинской школы Университета Северной Каролины, являются состаршими авторами.

У нас было четкое понимание базовой структуры APC/C, которая является предпосылкой для криоЭМ с временным разрешением. «Теперь мы гораздо лучше понимаем его функцию на каждом этапе пути».

Татьяна Бодрог, доктор философии, первый автор, постдокторант-исследователь фармакологии в UNC-Chapel Hill

Убиквитинлигазы выполняют множество функций, включая рекрутирование различных субстратов, взаимодействие с другими ферментами и формирование различных типов сигналов убиквитина. Ученые визуализировали взаимодействие между убиквитин-связывающими белками, APC/C, и их коферментами. Они реконструировали движения, которые APC/C претерпел во время процесса мультилокации, используя форму глубокого обучения, называемую нейронными сетями. Это было первое в своем роде исследование деградации белка.

APC/C является частью большого семейства убиквитинлигаз (>600 членов), которое еще не было описано таким образом. Глобальные усилия будут продолжать расширять границы этой области.

«Ключом к успеху нашей работы стало сотрудничество со многими другими командами», — сказал Браун, который также является членом Комплексного онкологического центра UNC Lineberger. «В Принстоне вклад Эллен Чанг в область программного обеспечения и программирования имел фундаментальное значение для раскрытия нового понимания механизма APC/C. Последующая проверка этих результатов потребовала помощи нескольких других групп во главе с докторами Харрисоном, Стеммелем, Ханом, Эмануэлем, и Чжан: «Коллективные усилия сыграли решающую роль в продвижении наших исследований к финишу».

Важность этого исследования выходит за рамки его прямого воздействия: оно открывает путь для будущих исследований в области регуляции лигандов и в конечном итоге обещает более глубокое понимание механизмов, лежащих в основе белкового метаболизма, важного для здоровья человека и заболеваний, таких как многие формы рака.