Исследователи представили крупнейший каталог активаторов генов
Ученые из Университета Торонто создали первый в своем роде функциональный каталог белков, активирующих экспрессию генов. Это открытие имеет значение для разработки таргетной терапии рака и других заболеваний, возникающих при ошибочном включении генов.
Эти белки, также известные как транскрипционные активаторы за их способность индуцировать транскрипцию генов в РНК, необходимы для правильного функционирования клеток. Однако о них известно мало, и до сих пор не было ясно, сколько таких активаторов существует в человеческих клетках.
Исследование возглавил Микко Тайпале, адъюнкт-профессор молекулярной генетики в Центре клеточных и биомолекулярных исследований Доннелли, в сотрудничестве с Анн-Клод Жингра.
Работу координировал аспирант Тайпале Надер Алерасул, защитивший докторскую диссертацию накануне публикации исследования в журнале Molecular Cell.
В статье исследователи описывают первое непредвзятое протеомное исследование, которое увеличило количество известных транскрипционных активаторов с нескольких до примерно 250. Они также установили, как эти белки сочетаются с другими клеточными механизмами для включения генов, и как нарушение регуляции белков может привести к раку.
«Это исследование было классической „рыбалкой“, где мы не знали, что найдем», — сказал Тайпале. — «Теперь мы лучше понимаем, какие белки являются очень сильными активаторами. И мы можем начать понимать механизмы, с помощью которых они активируют транскрипцию».
Чтобы найти активаторы, исследователи протестировали большинство из 20 000 человеческих белков на их способность активировать экспрессию генов в человеческих клетках. Многие активаторы оказались факторами транскрипции (ФТ), которые непосредственно связываются с ДНК и включают свои гены-мишени, тогда как другие были белками-помощниками (кофакторами), которые связываются с ФТ и активируют мишени совместно.
Также было обнаружено, что высокосходные ФТ могут взаимодействовать с разными кофакторами. Это объясняет, почему два ФТ с практически идентичной специфичностью связывания ДНК могут запускать различные программы экспрессии генов.
«Эти активаторы не работают во всех контекстах. Возможно, в гене X они активируют, а в гене Y — подавляют», — отметил Тайпале.
Транскрипционная активация происходит через взаимодействие так называемых трансактивационных доменов, присутствующих в ФТ, с активаторами. Поскольку последовательности активационных доменов не консервативны, их нельзя определить вычислительными методами.
По этой причине команда разрезала 75 активаторов на фрагменты и протестировала способность каждого фрагмента активировать транскрипцию. Таким образом было идентифицировано около 40 активационных доменов.
Они также использовали AlphaFold, революционный биоинформатический инструмент для предсказания структур белков, чтобы найти поверхности взаимодействия между ФТ и их активаторами. Хотя AlphaFold не был предназначен для предсказания белок-белковых взаимодействий, эта неожиданная возможность стала ключевым моментом для Тайпале, который заявил, что этот софт станет стандартным инструментом для подобных исследований.
«Ранее это было практически невозможно сделать вычислительными методами», — сказал Тайпале.
Хотя многие из идентифицированных белков являются новыми, некоторые из них ранее обнаруживались в опухолях, где ФТ и его белок-помощник постоянно соединены в онкогенном химерном белке, который в итоге активирует не те гены.
Сборка пазла о том, как ФТ взаимодействуют с разными активаторами, может стать крупным шагом к таргетной терапии. Одной из проблем в разработке терапевтических средств было то, что ФТ плохо поддаются воздействию низкомолекулярных препаратов.
«Факторы транскрипции очень сложно таргетировать, потому что у них часто нет „карманов“, доступных для связывания с лекарством, но многие коактиваторы являются ферментами, а значит, у них есть такие карманы», — пояснил Тайпале. — «Например, если в раке есть слияние фактора транскрипции с коактиватором, и мы понимаем, с каким именно коактиватором он взаимодействует, мы можем нацелиться на этот коактиватор, чтобы остановить пролиферацию клеток».