Разработан простой и экономичный метод для идентификации мишеней ключевого фермента, модифицирующего белки

Белки человека после синтеза подвергаются различным химическим модификациям, которые регулируют их структуру, функцию и стабильность. Исследователи из группы Бхогараджу в EMBL Гренобль разработали новый метод для изучения критически важного типа модификации белков — убиквитинирования. Этот процесс играет ключевую роль в разнообразных клеточных функциях, а его нарушение способствует развитию многих заболеваний человека, включая нейродегенерацию и рак.

Во время убиквитинирования группа ферментов, называемых E3 убиквитин-лигазами, присоединяет небольшой белок убиквитин к другим белкам. Эта метка, в свою очередь, помогает определить судьбу целевого белка. Убиквитинирование чрезвычайно распространено у человека: по оценкам, каждый человеческий белок подвергается ему хотя бы раз в течение жизни.

Существование более 600 генов E3-лигаз человека, что составляет примерно 3% генома, отражает разнообразие клеточных функций убиквитинирования. Составление карты белков-мишеней человеческих E3-лигаз может помочь понять их функцию и в конечном итоге сделать их мишенями для терапии.

Однако значительное количество E3-лигаз и их мишеней остаются плохо охарактеризованными, отчасти из-за чрезвычайно транзиторного характера их взаимодействия. Современные методы картирования таких взаимодействий также очень ресурсоемки, что ограничивает их использование и масштабируемость.

Чтобы решить эту проблему, группа Бхогараджу, изучающая пути убиквитинирования в различных физиологических контекстах, разработала простой и экономичный метод Ub-POD для быстрой и легкой маркировки мишеней заданной E3-лигазы непосредственно в человеческих клетках.

Работа, недавно опубликованная в журнале Science Advances, была проведена под руководством Урби Мукхопадхьяя, постдокторанта EMBO в группе Бхогараджу. Она нашла способ эффективно маркировать убиквитинированные мишени заданной E3-лигазы биотином прямо внутри клеток. Это позволяет впоследствии идентифицировать мишени с помощью метода количественной масс-спектрометрии. Биотин — это небольшое органическое соединение, которое можно биохимически присоединить к интересующим белкам и использовать для их выделения из смешанного образца.

Простота метода и использование распространенных химикатов означают, что его можно применять в любой точке мира, в любой лаборатории, имеющей базовые средства для молекулярной биологии.

В качестве доказательства принципа исследователи с помощью этого метода идентифицировали новые мишени E3-лигаз RAD18 и CHIP, которые участвуют в развитии рака и нейродегенеративных заболеваний соответственно. Лаборатория Кристиана Беренда в Университете Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене, сотрудничающая с группой Бхогараджу, также применила этот метод к TRAF6 — другой E3-лигазе и критическому регулятору иммунной сигнализации — и успешно идентифицировала как известные, так и новые субстраты.

В будущем команда планирует применить этот метод ко всем известным человеческим E3-ферментам.

«Мы считаем, что это поможет сократить разрыв в терапевтическом пространстве между семейством белков киназ и семейством убиквитин-лигаз, — сказал Сагар Бхогараджу, руководитель группы в EMBL Гренобль. — Несмотря на схожее количество ферментов, существует примерно 80 одобренных FDA терапевтических агентов, нацеленных на киназы, в то время как лишь горстка лекарств нацелена на убиквитиновую систему. Разработанный нами метод будет способствовать расширению спектра E3-лигаз или их субстратов в качестве мишеней для лекарств».