Sporing af bortskaffelse af proteiner kan føre til forbedrede behandlinger

Northwestern Medicine-forskere udviklede en teknik til at katalogisere, hvordan celler bortskaffer unødvendige proteiner, en proces, der har betydning for kræft og autismespektrumsygdomme, ifølge resultater offentliggjort i Naturkommunikation .

Defekter i ubiquitination, eller hvordan celler bortskaffer unødvendige proteiner, været involveret i en række sygdomme, men forskere har tidligere manglet en pålidelig metode til at spore de enzymer, der er involveret i denne bortskaffelsesproces, ifølge Hiroaki Kiyokawa, MD, Ph.D., professor i farmakologi og co-senior forfatter på undersøgelsen.

For at bekæmpe dette, et samarbejdende team ledet af Kiyokawa og Jun Yin, Ph.D., lektor i kemi ved Georgia State University, udviklet ortogonal ubiquitinoverførsel, en metode til at spore, hvilke enzymer der udløser bortskaffelse af hvilke proteiner. Denne teknik kan give forskere en bedre forståelse af mekanismerne for sygdom, der opstår ved unormal ubiquitinering, forhåbentlig fører til forbedret terapi, sagde Kiyokawa.

Ubiquitination markerer proteiner til ødelæggelse og lettes af tre klasser af enzymer; E1, E2 og E3 enzymer. Ubiquitin er bundet til de tre enzymer i rækkefølge, men E1 og E2 enzymer er simple primer enzymer, så pattedyrsceller har kun et begrænset antal E1- og E2 -sorter. På den anden side, der er hundredvis af E3 -enzymer, tyder på, at hver E3 har sit eget unikke proteinmål.

"Forholdet mellem E3-enzymer og målproteinet er som en lås og en nøgle, " sagde Kiyokawa, også professor i patologi og medlem af Robert. H. Lurie Comprehensive Cancer Center ved Northwestern University.

Mangfoldigheden af ​​målproteiner og svage interaktioner betyder, at det kan være udfordrende klart at identificere, hvilket E3-enzym, der mærker hvilket protein. Imidlertid, ortogonal ubiquitinoverførsel (OUT) er en ny løsning på problemet, ifølge Kiyokawa.

Ind ud, forskere konstruerede en kunstig ubiquitin-vej, der efterligner det oprindelige system, men kun reagerer på muteret ubiquitin, som har et særligt tag, der gør det muligt for forskere at identificere det protein, det i sidste ende målretter mod i slutningen af ​​cyklussen.

"Der er to veje i de samme celler, "Sagde Kiyokawa." Originalen ligner en motorvej, og den konstruerede vej er en omvej. "

I den aktuelle undersøgelse, efterforskerne konstruerede en kunstig vej til et E3 -enzym kaldet E6AP, og introducerede det muterede ubiquitin og pathways i celler. Efter en proteomics-skærm, forskerne var i stand til at identificere de specifikke proteinmål for E6AP.

"Denne undersøgelse er kun et udstillingsvindue af teknologien, men vi tror, ​​vi kan anvende dette på mange af de 600 E3-proteiner uden for meget besvær, " sagde Kiyokawa. "En hel del E3-enzymer er kendt for at være overudtrykt eller muteret i neuronale sygdomme, så der er en stor pulje af forskningsmuligheder."

Imidlertid, Især E6AP har vist sig at målrette tumorsuppressorproteiner, når de aktiveres forkert af det humane papillomavirus, bidrager til den øgede kræftrisiko for inficerede patienter. Ud over, genlocuset, der koder for E6AP, er kendt for at være muteret i Angelman syndrom, en autismespektrumforstyrrelse.

"Vi ved stadig ikke, hvorfor E6AP skal muteres for at vise symptomer på Angelman syndrom, men undersøgelser af specifikke mål kan lære os mere om de patofysiologiske mekanismer ved autistisk sygdom, "Sagde Kiyokawa.

Yderligere undersøgelse af specifikke mål er allerede i gang - Kiyokawa og kolleger har for nylig offentliggjort en anden undersøgelse, der involverer OUT, denne gang i Videnskabens fremskridt .

De fandt et andet E3-enzym, CHIP, var involveret i nedbrydning af CDK4, et enzym, der spiller en nøglerolle i celleproliferation.

"Det ser ud til at være en mekanisme, der kan stoppe cellecyklussen under stress, " sagde Kiyokawa. "Hvis denne regulering er brudt, organismen kan være mere modtagelig for kræft."

Endnu, det er ikke nok blot at identificere disse mål for ubiquitinering, ifølge Kiyokawa.

"Vi er nødt til at lære, hvorfor disse nyligt definerede mål er under regulering af E3-enzymer, hvis vi ønsker at finde nye terapeutiske mål, "sagde han." Først da kan vi udvikle medicin eller behandlinger. "