Атлас ферментов помогает исследователям расшифровать клеточные пути

Одним из важнейших классов человеческих ферментов являются протеинкиназы — сигнальные молекулы, регулирующие почти все клеточные процессы, включая рост, деление и метаболизм. Дисфункция этих клеточных путей может привести к различным заболеваниям, особенно к раку.

Идентификация протеинкиназ, участвующих в клеточной дисфункции и развитии рака, может дать множество новых мишеней для лекарств. Однако для подавляющего большинства этих киназ у учёных нет чёткого представления, в каких клеточных путях они задействованы и каковы их субстраты.

Исследователи создали всеобъемлющий атлас более чем 300 протеинкиназ, обнаруженных в человеческих клетках, и определили, какие белки они, вероятно, контролируют. Эта информация поможет расшифровать многие клеточные сигнальные пути и понять, что происходит с ними при раке или лечении специфическими препаратами.

«Розеттский камень»

Геном человека включает более 500 протеинкиназ, которые активируют или деактивируют другие белки, присоединяя к ним фосфатную группу. Для большинства киназ белки-мишени неизвестны.

Для идентификации дополнительных путей, нарушенных в раковых клетках, исследователи используют масс-спектрометрию. Однако до сих пор не было простого способа определить, какие именно протеинкиназы ответственны за фосфорилирование обнаруженных белков.

В этом исследовании учёные проанализировали два класса киназ — сериновые и треониновые, которые составляют около 85% протеинкиназ в организме человека. Работая с библиотекой пептидов, они измерили, как эти пептиды взаимодействуют со всеми 303 известными киназами этих классов.

С помощью вычислительной модели исследователи смогли идентифицировать киназы, способные фосфорилировать каждый из 90 000 известных сайтов фосфорилирования в человеческих клетках для этих двух классов.

К удивлению учёных, многие киназы с очень разными аминокислотными последовательностями эволюционировали для связывания и фосфорилирования одних и тех же мотивов на своих субстратах. Они также показали, что около половины изученных киназ нацелены на один из трёх основных классов мотивов, а оставшаяся половина специфична для примерно дюжины меньших классов.

Расшифровка сетей

Этот новый атлас киназ поможет исследователям идентифицировать сигнальные пути, которые различаются в нормальных и раковых клетках.

«Этот атлас киназных мотивов теперь позволяет нам расшифровывать сигнальные сети. Мы можем взглянуть на все фосфорилированные пептиды и сопоставить их с конкретной киназой», — говорит Майкл Яффе.

В качестве демонстрации исследователи проанализировали клетки, обработанные противораковым препаратом, ингибирующим киназу Plk1, которая регулирует деление клеток. Анализ показал, что на многие из поражённых фосфорилированных белков влияет именно Plk1. Неожиданно также обнаружилось, что это лечение повысило активность двух киназ, участвующих в клеточном ответе на повреждение ДНК.

Теперь лаборатория Яффе заинтересована в использовании этого атласа для поиска других нарушенных сигнальных путей, движущих развитие рака, особенно в тех типах опухолей, для которых не найдены генетические драйверы.