Высокоскоростная АСМ и 3D-моделирование раскрывают динамику белка, связанного с несколькими видами рака
Ферменты семейства аденозиндеаминаз, действующих на РНК (ADARs), играют роль в развитии нескольких видов рака. Эти ферменты превращают аденозины в двуцепочечной РНК (дцРНК) в инозины, которые клетки считывают как гуанозины. Таким образом, ADARs могут влиять на кодирующие белок последовательности и снижать стабильность различных РНК-процессов.
Исследования показали, что подавление одного из типов ADAR — ADAR1 — может предотвратить пролиферацию рака и повысить его чувствительность к иммунотерапии, что делает этот фермент перспективной мишенью для лечения.
Однако до сих пор было сложно получить информацию о структурной динамике ADAR1 из-за его размера и сложности. Теперь исследователи объединили высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM) и 3D-моделирование, чтобы изучить конформации фермента и его взаимодействие с дцРНК.
Работу возглавили Мадху Бияни из Университета Канадзавы (WPI-NanoLSI), Ясухиро Исогаи из Университета префектуры Тояма и Маниш Бияни из Ishikawa Create Labo и Университета Квансэй Гакуин. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Как и многие белки, ADAR1 функционирует за счёт изменений своей конформации. Однако большинство экспериментальных методов определения структуры белка, а также алгоритмы 3D-моделирования дают статические или усреднённые конформации, скрывая структурную динамику, важную для функции белка. Комбинация 3D-моделирования с HS-AFM позволила изучить эти динамические аспекты ADAR1.
Исследователи сначала использовали 3D-моделирование на основе алгоритма машинного обучения AlphaFold2, чтобы предсказать конформации фермента, и отметили, что он может принимать форму мономеров, димеров, тримеров и тетрамеров. Наблюдения с помощью HS-AFM, а также теоретически смоделированные HS-AFM данные подтвердили эти выводы относительно возможных образований олигомеров.
Затем учёные изучили конформации фермента в присутствии двуцепочечной РНК (дцРНК). В частности, они сосредоточились на определённой мРНК арилуглеводородного рецептора 3'UTR в качестве мишени для ADAR1, поскольку известно, что этот рецептор участвует в метаболизме чужеродных веществ. Наблюдения за дцРНК с помощью HS-AFM не только согласовались с предыдущими структурными исследованиями, но и позволили получить представление о структуре целевой области.
Благодаря скорости и разрешению HS-AFM исследователи смогли идентифицировать различные конформации белков, которые, по-видимому, соответствуют различным фазам процесса дезаминирования.
В исследовании объясняется, как ADAR1 сначала находит дцРНК и, распознав её, принимает гибкую конформацию при сближении. Затем фермент осуществляет так называемый «захват» остова дцРНК, для чего конформация переходит в более стабильную, якороподобную.
Исследователи подчёркивают роль доменов связывания дцРНК (dsRBDs) в стабилизации взаимодействия с дцРНК на этом этапе. Они также отмечают «визуально большое межфазное взаимодействие между деаминазными доменами, образующими димер», когда фермент димеризуется на дцРНК. Впоследствии фермент сканирует РНК и диссоциирует для поиска сайтов аденозина для конверсии.
«Эти наблюдения позволяют предположить, что dsRBDs критически важны для инициирования взаимодействий между деаминазными доменами, тем самым способствуя формированию стабильного, функционального димерного комплекса, способного эффективно связывать и катализировать редактирование субстратов дцРНК», — заключают исследователи, отмечая важность этого исследования для дальнейшей работы над возможными противораковыми терапевтическими средствами.
Исследователи также предлагают будущие исследования для сравнения ADAR1 и ADAR2 и проведения мутационного анализа, чтобы выяснить, как димеризация ADAR1 влияет на A-to-I редактирование РНК, с конечной целью разработки эффективных ингибиторов ADAR1.