«Наша работа описывает структуру и функцию важного фермента под названием Rumi, который добавляет молекулу глюкозы к нескольким сигнальным белкам, чтобы изменить их активность», — сказал ведущий автор исследования Хуэйлин Ли, биолог из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США. и Университет Стоуни-Брук. «Один из этих белков-мишеней, называемый Notch, является основным рецептором, который контролирует развитие многоклеточных организмов. Он играет важную роль в том, как клетки чувствуют своих соседей, и, контролируя экспрессию генов, определяет, какие клетки должны развиваться в разные типы и как они должны расти, как главный контроллер ".
Notch также известен как супрессор опухолей. Но его действие намного сложнее, чем простое включение и выключение. Это белковая цепь, которая охватывает клеточную мембрану сложным трехмерным складыванием, включая 36 повторяющихся складок типа «бусинки на ожерелье», каждая из которых может быть модифицирована по-разному, чтобы повлиять на общую функцию белка.
«Мы хотели понять структуру Notch при различных типах модификаций», — сказал Ли, который сотрудничал с Робертом Халтивангером и Хидеюки Такеучи, биохимиками из Университета Стоуни-Брук во время эксперимента, которые сейчас находятся в Университете Джорджии.Обращение к недавним открытиям о том, что модифицирующий Notch фермент, известный как Rumi, необходим для развития животных, и что различные мутанты Rumi связаны с формой гиперпигментации кожи, известной как болезнь Даулинга-Дегоса (сделанная учеными из Медицинского колледжа Бейлора и Боннский университет, Германия), группа Ли сосредоточилась на этом конкретном ферменте. Изучение взаимодействия Руми-Нотч на молекулярном уровне может помочь ученым понять механизмы болезни и даже может привести к разработке лекарств для борьбы с этими заболеваниями.
Базовые знания направляют изучение точностиДо настоящего исследования ученые уже знали, что Руми модифицирует Notch, добавляя к белку молекулы глюкозы. Есть и другие примеры белков, модифицированных другими простыми сахарами, но Руми — первый фермент, который, как известно, специфически добавляет глюкозу.
Предыдущие исследования также показали, что первые глюкозы, добавленные Руми, необходимы для передачи сигналов Notch. «Без молекул глюкозы Notch не может осуществить правильную трехмерную укладку, чтобы превратиться в функциональный рецептор, и, следовательно, не может функционировать», — сказал Ли.«Кроме того, поскольку Notch известен как супрессор опухолей, существенная роль Руми в активации Notch предполагает, что Руми также может быть супрессором опухолей. Если химический биолог хочет разработать препараты, влияющие на этот процесс, он или она необходимо знать механизм сложных ферментативных реакций », — сказал Ли.
«Мы намеревались сделать именно это — выяснить, какие свойства белка Notch ищет Руми и как он добавляет в него сахар (глюкозу)».Детали ферментно-белкового взаимодействияКоманда Ли изучила образцы полученной от плодовой мухи версии Руми в комплексе с «суррогатом» Notch — человеческим белком с Notch-подобной складкой — которые были предоставлены Халтивангером.«Было очень сложно получить достаточное количество образцов», — сказал Хунцзюнь Юй, доктор наук, работавший с Ли и первым автором статьи, отметив, что белки образуют очень маленькие кристаллы с трудноразрешимой структурой.
Но в конце концов, используя интенсивно яркие рентгеновские лучи в Национальном источнике синхротронного света (NSLS) в Брукхейвене и в усовершенствованном источнике фотонов (APS) в Аргоннской национальной лаборатории — обоих офисах Управления науки Министерства энергетики США — они собрали достаточно данных об устройстве. атомов белков. Они усреднили данные из нескольких кристаллов для генерации более сильных сигналов и использовали компьютеры для восстановления трехмерных изображений того, как части Руми и Нотча сочетаются друг с другом.Ученые обнаружили, что Руми распознает последовательность из шести аминокислот на многих из 36 повторяющихся складок Notch.
Водоотталкивающий пластырь с отдельной последовательностью распознавания также имел важное значение для взаимодействия. Когда Руми связывается, «сигнатурная» последовательность из шести аминокислот, которая принимает молекулу глюкозы, очень точно соответствует активному сайту на Руми классическим способом «замок и ключ». «Добавление или удаление даже одной аминокислоты из этой сигнатурной последовательности сделало бы невозможным соединение белков таким образом, который предотвратил бы добавление глюкозы», — сказал Ю.
Эти исследования показали, как мутации Руми, связанные с раком, изменяют ключевые структурные компоненты, которые делают Руми неактивным. «Наше исследование предполагает, что мутировавшие формы Rumi могут быть причиной рака, потому что эти мутантные ферменты не могут модифицировать Notch. Это впервые связывает дефекты Rumi с раком», — сказал Ли. Однако ученые подчеркивают, что другие сложные модификации Notch, вероятно, также играют роль.«Сейчас мы изучаем детали исследования, чтобы определить, каким может быть биомедицинское влияние нашего нового понимания», — сказал Ли.
Это включает в себя размышления о том, могут ли быть разработаны лекарства, которые повлияют на поведение Нотча путем нацеливания на определенные сайты на Руми.