Группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте объявила о новом важном прогрессе в понимании того, как наша генетическая информация в конечном итоге преобразуется в функциональные белки – один из строительных блоков человеческой жизни. В исследовании, недавно опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), выясняется, как шапероны проявляют «избирательную неразборчивость» в отношении определенных белков – их «клиентов» – они служат. Это свойство позволяет им играть важную роль в поддержании здоровья клеток и является шагом вперед в понимании происхождения множества человеческих болезней, от рака до БАС.

В линейном коде ДНК четыре «буквы»: A, C, G и T. Через сложные процессы транскрипции, за которыми следует синтез белка и, наконец, сворачивание белка, эти четыре двумерных буквы превращаются в 20 -буквенный, трехмерный рецепт белков. В большинстве случаев этот процесс работает безупречно, и наши клетки могут плавно строить и воспроизводить себя. Но когда что-то пойдет не так, результаты могут быть катастрофическими. К счастью, клетки полагаются на строгий контроль качества, чтобы компенсировать разрушительные последствия.

Процесс сворачивания белка, во время которого цепь аминокислот принимает свою окончательную форму в виде белка, может быть особенно трудным. Исследователям давно известно, что специальные молекулы, называемые шаперонами, помогают придать белку окончательную правильную форму. Эти «шапероны» могут определить, какие белки подвержены риску деформации, и затем могут оказать этому белку дополнительную помощь. Но то, как именно они выполняют свою работу, было плохо изучено: «Сопровождающие творят некую магию», – говорит Александра Пожидаева, соавтор статьи, которая участвовала в этом исследовании в качестве научного сотрудника докторантуры в Университете Массачусетса в Амхерсте. постдокторант в UConn Health. «Мы сделали так, чтобы раскрыть механику трюка»

Уловка заключается в том, что, хотя в наших клетках есть десятки тысяч различных белков, каждый из которых имеет свою форму и функцию, шаперонов гораздо меньше.

«Как это, – спрашивает Лила Гираш, заслуженный профессор биохимии и молекулярной биологии Университета Массачусетса в Амхерсте и старший автор статьи, – что одни и те же шапероны могут помочь множеству разных белков?» Ответ заключается в том, что авторы называют "избирательной распущенностью" компаньонов.

Команда полагалась на передовые внутренние ресурсы Института прикладных наук о жизни Университета Массачусетса Амхерст для создания новой комбинации рентгеновской кристаллографии, которая дает невероятно подробный, но статичный снимок взаимодействия шаперона с его белковый клиент и ядерный магнитный резонанс, которые могут дать более полную и динамичную картину этого сложного процесса. Команда сосредоточила свои усилия на особом семействе шаперонов, известном как Hsp70s. По словам со-ведущего автора Рэйчел Дженсен, студентки Университета Массачусетса в то время, когда она проводила это исследование, а теперь аспирантка в Беркли, Hsp70 являются одними из самых важных сопровождающих, потому что «они выполняют широкий спектр критических ролей в клетке. и помогают выполнять многие важные клеточные функции »

В то время как предыдущие исследователи использовали искусственно укороченные белковые цепи, команда использовала гораздо более длинные цепи, чтобы изучить, как Hsp70 взаимодействует со своими клиентами.

Мы изучали гораздо более сложную систему. Мы смогли изучить в лаборатории то, что имитирует то, что происходит в нашем организме ».

Юджиния Клерико, со-ведущий автор и профессор биохимии и молекулярной биологии Университета Массачусетса

Они обнаружили, что оба Hsp70 являются беспорядочными, они могут обслуживать множество различных белков, но также и избирательными: диапазон белков, с которыми они могут работать, ограничен. Вдобавок Hsp70s «читают» двояко: они могут определить, какие белковые цепи могут помочь, читая их последовательности либо слева направо, либо справа налево.

Этот прорыв не только является прорывом в нашем понимании того, как клетки остаются здоровыми, но и имеет практическое применение. «Hsp70s, – говорит Гираш, – вовлечены во множество патологических заболеваний, от рака до болезни Альцгеймера, а Hsp70 хозяина эксплуатируются паразитами и вирусами. Понимание того, как работают Hsp70, может помочь нам разработать терапевтические стратегии против этих ужасных болезней»

.