Один фермент — огромное влияние на биологию человека и болезни

Каждая клетка организма использует фосфорилирование — процесс добавления химической метки для контроля функции и судьбы белка, например, его перемещения внутри клетки или связывания с другими белками.

Этот процесс хорошо изучен для большинства белков, работающих внутри клетки, но остаётся загадкой для белков вне её. Между тем, многие аспекты здоровья и болезней человека зависят от работы белков вне клеток — от заживления ран до формирования костей. Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали удивительно простое открытие: фосфорилирование более 100 секретируемых белков — это работа всего одного фермента, Fam20C. Результаты опубликованы 18 июня в журнале Cell.

"Это исследование открывает совершенно новую область для многих аспектов клеточной биологии и биомедицинских исследований — например, того, как метастазируют раковые клетки, — и предоставляет множество новых терапевтических мишеней", — сказал старший автор Джек Диксон, PhD.

Например, у новорождённых, которые наследуют мутацию в ферменте Fam20C, развивается редкое заболевание — синдром Рейна. Недостаток полностью функционального Fam20C приводит к деформациям костей, и состояние обычно смертельно при рождении. На другом конце спектра многие виды рака, как известно, сверхэкспрессируют Fam20C.

Чтобы глубже изучить роль Fam20C в здоровье и болезнях человека, команда Диксона использовала популярную новую технологию редактирования генов CRISPR/Cas9, чтобы удалить ген Fam20C из клеток рака печени, молочной железы и кости, выращенных в лаборатории. Затем они собрали жидкость, в которой росли эти клетки с дефицитом Fam20C и обычные раковые клетки, и проанализировали содержащиеся в них белки. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что Fam20C действует не только на белки, участвующие в минерализации костей. Для каждого типа клеток 90% секретируемых белков фосфорилируются Fam20C — всего более 100 различных белков.

Команда Диксона также изучила способность клеток рака молочной железы мигрировать и проникать в окружающие ткани с Fam20C и без него. В серии лабораторных тестов они обнаружили, что клетки, лишённые фермента, сильно ограничены в своей способности к движению. Это означает, что в реальном случае рака молочной железы Fam20C может способствовать метастазированию опухолей.

"Почти 60 лет исследований фосфорилирования белков выявили множество важных функций этого процесса для белков внутри клетки, поэтому нет причин полагать, что эти механизмы будут отличаться для фосфорилирования белков вне клетки", — сказала Сандра Уайли, PhD, соавтор исследования. — "Сейчас мы исследуем биологическую функцию и важность каждого белка, фосфорилируемого Fam20C".