Как белки регулируют клеточный цикл

Клеточное деление — основа всей жизни. Даже малейшие ошибки в этом сложном процессе могут привести к серьёзным заболеваниям, таким как рак. Для правильного деления определённые белки должны быть включены или выключены в строго определённое время. Биофизики и медицинские биохимики из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU) описали лежащий в основе этого процесс механизм. Они сообщают, как различные сигнальные пути в клетке изменяют структуры белков, тем самым направляя клеточный цикл в нужном направлении в нужное время. Результаты представлены в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Клеточный цикл — чрезвычайно сложный и точно определённый процесс. «Родительская клетка должна удвоить свои компоненты, а затем разделиться на дочерние клетки. Для этого многочисленные гены должны включаться и выключаться в строго определённое время», — говорит биофизик профессор Йохен Бальбах из MLU.

Цикл подразделяется на фазы, которые контролируются ингибиторными белками, также называемыми ингибиторами CDK. Как красный свет светофора, эти белки блокируют переход к следующей фазе, пока клетка не даст соответствующий стартовый сигнал. Сигнал к началу следующей фазы исходит от особой группы ферментов — киназ. «Ранее мы знали только, что киназы передают сигнал, добавляя фосфатную группу к ингибиторам CDK. Однако не было известно, какие именно киназы это делают и каков лежащий в основе молекулярный механизм», — говорит Бальбах.

Вместе с группой профессора Мехтильд Хатцфельд из отделения патохимии медицинского факультета MLU исследователи впервые описали этот сигнальный путь. Они объединили данные высокоразрешающей магнитно-резонансной спектроскопии с методами клеточной биологии. Это позволило объяснить механизм сначала в пробирке, а затем непосредственно в клетках.

Исследователи обнаружили, что киназы изменяют структуру ингибиторных белков, разворачивая их. Этот процесс отключает исходную функцию белков-ингибиторов и высвобождает другую заблокированную киназу, которая даёт сигнал к продолжению клеточного цикла. Это локальное разворачивание также запускает деградацию ингибитора в клетке, определяя направление процесса. Учёные из Галле предполагают, что этот сохранённый эволюцией механизм лежит в основе многих клеточных сигнальных путей.