Учёные создали крупнейшую в мире карту белков, показывающую, как белки взаимодействуют в клетке

Международная команда учёных проанализировала клетки различных организмов — от амёб и червей до мышей и человека — чтобы выяснить, как белки объединяются, формируя разные клетки и тела.

Этот масштабный результат сотрудничества семи исследовательских групп из трёх стран, возглавляемых профессором Эндрю Эмили из Университета Торонто и профессором Эдвардом Маркоттом из Техасского университета в Остине, выявил десятки тысяч новых белковых взаимодействий, что составляет около четверти всех предполагаемых белковых контактов в клетке.

Потеря даже одного такого взаимодействия может привести к болезни. Карта уже помогает учёным выявлять отдельные белки, которые могут быть причиной сложных человеческих расстройств. Данные будут доступны исследователям по всему миру через открытые базы данных.

Исследование опубликовано в журнале Nature 7 сентября.

Хотя расшифровка человеческого генома более десяти лет назад была одним из величайших открытий в биологии, это был лишь первый шаг к глубокому пониманию работы клеток. Гены — это лишь чертежи, а продукты генов — белки — выполняют основную работу в клетке.

Белки работают командами, связываясь друг с другом. Многие белки объединяются в так называемые молекулярные машины, которые играют ключевую роль, например, в создании новых белков или переработке старых. Но для подавляющего большинства белков (десятки тысяч в человеческой клетке) их функция до сих пор неизвестна.

Здесь на помощь приходит карта Эмили и Маркотта. Используя современный метод, разработанный группами, исследователи смогли "выловить" тысячи белковых комплексов из клеток и подсчитать количество отдельных белков в них. Затем они построили сеть, которая, подобно социальным сетям, даёт подсказки о функции белка на основе его "окружения". Например, новый, не изученный белок, вероятно, участвует в ремонте повреждений клетки, если он связывается с известными "ремонтными" белками.

Новое исследование собрало информацию о белковых комплексах девяти видов, представляющих древо жизни: пекарские дрожжи, амёба, морские анемоны, мухи, черви, морские ежи, лягушки, мыши и люди. Новая карта увеличивает количество известных белковых ассоциаций более чем в 10 раз и даёт представление об их эволюции.

"Для меня главное в этом исследовании — его масштаб. Мы утроили количество белковых взаимодействий для каждого вида. Таким образом, для всех животных мы можем теперь с высокой уверенностью предсказать более 1 миллиона белковых взаимодействий — это фундаментальный 'большой шаг' вперёд", — говорит Эмили.

Исследователи обнаружили, что десятки тысяч белковых ассоциаций остались неизменными с момента появления первой клетки-предка миллиард лет назад, задолго до всей животной жизни на Земле.

"Белковые комплексы у человека часто были идентичны таковым у других видов. Это не только подтверждает наше общее эволюционное происхождение, но и имеет практическое значение, позволяя изучать генетическую основу широкого спектра заболеваний и их проявление у разных видов", — говорит Маркотт.

Карта уже полезна для определения возможных причин человеческих болезней. Один из примеров — недавно открытая молекулярная машина под названием Commander, состоящая из дюжины отдельных белков. Гены, кодирующие некоторые компоненты Commander, ранее были обнаружены мутировавшими у людей с умственной отсталостью, но было неясно, как работают эти белки.

Поскольку Commander присутствует во всех животных клетках, аспирант Фан Ту отключил его компоненты у головастиков. Это выявило аномалии в расположении клеток мозга во время эмбрионального развития, что может указывать на происхождение сложного человеческого состояния.

"С десятками тысяч других новых белковых взаимодействий наша карта обещает открыть множество новых направлений исследований связи между белками и болезнями, которые мы планируем глубоко изучить в ближайшие годы", — заключает доктор Эмили.