Forskere udvikler en ny tilgang til at identificere vigtige uopdagede funktioner af proteiner

I cellens travle omgivelser, proteiner møder hinanden i tusindvis. På trods af larm, hver enkelt formår at interagere selektivt med de helt rigtige partnere, takket være specifikke kontaktområder på overfladen, der stadig er langt mere mystiske end man kunne forvente, givet årtiers forskning i proteinstruktur og funktion.

Nu, Forskere fra Salk Institute har udviklet en ny metode til at opdage, hvilke overfladekontakter på proteiner, der er kritiske for disse cellulære interaktioner. Den nye tilgang viser, at væsentlige nye funktioner kan afsløres selv for velundersøgte proteiner, og har betydelige konsekvenser for terapeutisk lægemiddeludvikling, hvilket afhænger meget af, hvordan stoffer fysisk interagerer med deres cellulære mål. Avisen udkom i den tidlige onlineversion af Genetik sidst i november, og er planlagt til offentliggørelse i januars trykte udgave af tidsskriftet.

"Dette papir illustrerer styrken af ​​denne metode, " siger seniorforfatter Vicki Lundblad, indehaver af Ralph S. og Becky O'Conner stolen. "Det kan ikke kun identificere tidligere uopdagede aktiviteter for et protein, men det kan også lokalisere de nøjagtige aminosyrer på en proteinoverflade, der udfører disse nye funktioner."

Aminosyrer er byggestenene i proteiner. Deres specifikke lineære arrangement bestemmer identiteten af ​​et protein, og klynger af dem på proteinets overflade tjener som kontakter, regulerer, hvordan dette protein interagerer med andre proteiner og molekyler. Lundblad og hendes kolleger havde mistanke om, at på trods af årtiers arbejde med at tyde proteinernes mysterier, omfanget af dette regulatoriske landskab på overfladen af ​​proteiner var for det meste forblevet uudforsket. Lang tid siden, hendes gruppe opdagede uventet en sådan regulatorisk aminosyreklynge, mens du søger én efter én gennem 300, 000 mutante gærceller. Selvom dette arbejde åbnede et nyt forskningsområde inden for telomerbiologi, Lundblad var fast besluttet på at finde ud af en mere robust metode, der hurtigt kunne afsløre mange flere af disse uudforskede proteinoverflader.

Indtast John Lubin, nu ph.d.-studerende i Lundblads laboratorium, som begyndte at arbejde med hende som bachelor.

"Min opgave var at finde ud af, hvordan man søger gennem 30 mutante gærceller, i stedet for 300,- 000, at opdage nye aktiviteter for et protein, " siger Lubin, avisens medførsteforfatter. Timothy Tucey, den anden medforfatter, var postdoc i Lundblads gruppe, og er nu på Monash University.

Sammen vendte de sig til et protein kaldet Est1, som Lundblad havde opdaget i gær som postdoktor i 1989. Est1 er en underenhed af et protein (et enzym) kaldet telomerase, som forhindrer beskyttelseshætterne i enderne af kromosomerne (kendt som telomerer) fra at blive for korte. Som den første underenhed af telomerase, der blev opdaget, Est1 har været udsat for intensiv undersøgelse af mange forskningsgrupper.

Salk-teamets tilgang involverede at introducere en lille, men tilpasset, sæt af mutationer i gærceller, der selektivt ville forstyrre overfladekontakter på cellernes Est1-protein. Holdet analyserede derefter cellerne for at se, hvilken effekt, hvis nogen, de forskellige mutationer havde. Abnormiteter som følge af en specifik mutation ville antyde, hvilken rolle den umuterede version var. For at gøre det, de brugte et genetisk trick, ved at oversvømme cellerne med hvert mutantprotein, og leder efter det sjældne mutantprotein, der kunne forstyrre cellefunktionen, da deres tidligere arbejde havde vist, at dette fortrinsvis ville målrette mod proteinoverfladen.

Lundblads team opdagede fire funktioner for Est1 gennem denne tilgang. Forringelse af nogen af ​​disse fire funktioner ved mutationer til Est1's overfladeaminosyrer, forskerne fandt, resulterede i celler, der havde kritisk korte telomerer, angiver specifikke roller for Est1-kontakterne i telomerasekomplekset.

"Det, der har gjort os begejstrede for denne teknik, er, at den kan anvendes på adskillige proteiner, siger Lundblad. Især mange terapeutiske lægemidler er afhængige af at kunne få adgang til et meget specifikt sted på en proteinoverflade, som vi formoder kan afsløres ved denne metode."

Ved at bruge denne tilgang, hendes team har allerede afsløret nye funktioner for et sæt proteiner, der regulerer stabiliteten af ​​genomet, og har også søgt om tilskud, der finansierer forskning i lægemiddelmål.