Раскрыт механизм активации короткого белка Argonaute — потенциального инструмента биотехнологий
Ученые расшифровали пошаговый процесс активации белка с глубокой эволюционной историей, присутствующего во всех областях жизни. Это открывает путь к использованию его функций в качестве биотехнологического инструмента.
Белок принадлежит к "суперсемейству" белков Argonaute, которые, как показали предыдущие исследования, участвуют в глушении генов — фундаментальном процессе, известном как РНК-интерференция.
Эти белки хорошо охарактеризованы у эукариот (растений, грибов, животных, человека). У прокариот (без ядра) существуют два типа белков Argonaute: длинные и короткие. Длинные прокариотические Argonautes структурно и функционально похожи на эукариотические. В отличие от них, короткие Argonautes имеют иную структуру и выполняют другие функции.
Это первое исследование, детально описывающее структуры и механизмы короткого Argonaute, что потенциально закладывает основу для его будущего терапевтического применения.
"Короткая версия этих прокариотических белков составляет 58% всех Argonautes и сейчас становится горячей точкой в этой области", — говорит старший автор Тяньминь Фу.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Фокус на белке SPARTA
Работа сосредоточена на белке SPARTA (короткий прокариотический Argonaute, или Ago). Известно, что этот белок позволяет бактерии Maribacter polysiphoniae запускать программируемую гибель клетки при обнаружении вторжения плазмид (внешних сегментов ДНК).
В отличие от Ago эукариот, которые остаются простыми молекулами и участвуют в РНК-интерференции, SPARTA лишен структур, необходимых для этого процесса.
Ключевые этапы активации
С помощью криогенной электронной микроскопии ученые выявили этапы активации SPARTA:
- Белок начинает как простая молекула.
- После связывания с РНК или ДНК он претерпевает множество изменений.
- В конечном итоге он собирается в крупный мультисубъединичный молекулярный комплекс.
Функциональный анализ показал, что только достигнув этой стадии комплексообразования (олигомеризации), белок может запустить химическую реакцию, ведущую к программируемой гибели бактериальной клетки.
Введение мутаций подтвердило, что каждый этап этого процесса необходим для сохранения функциональности SPARTA.
Значение и перспективы
Исследование демонстрирует, что олигомеризация — преобразование простых молекул в комплексы — является важнейшей частью активации коротких прокариотических белков Argonaute.
"Теперь, когда мы знаем не просто то, что он олигомеризуется, но как это происходит, и зафиксировали промежуточные состояния, мы сделали большой шаг к разработке этого белка в качестве инструмента", — отмечает первый автор Чжанфэй Шень.
Возможные направления применения, которые рассматривает лаборатория Фу, включают:
- Инженерию коротких прокариотических Ago для обнаружения угроз клеткой.
- Создание инструментов, которые заставляли бы молекулы, угрожающие здоровым клеткам, запускать собственную гибель.