Система утилизации клеточных отходов регулирует белки биологических часов

Ритмичная экспрессия ключевых генов важна для поддержания точного хода биологических часов организма. Однако не менее важна и ритмичная деградация белков часового механизма, о конкретных процессах которой известно удивительно мало.

Новое исследование под руководством учёных из Пенсильванского университета описывает новый геномный скрининг, который идентифицировал молекулы-партнёры белков системы утилизации клеточных отходов. Команда под руководством Джона Хогенеша, PhD, профессора системной фармакологии и трансляционной терапии в Медицинской школе Перельмана, и Джейсона ДеБрюина, PhD, бывшего постдока в лаборатории Хогенеша, а ныне доцента в Morehouse School of Medicine, применила новый метод для поиска других партнёров часов, которые направляют на утилизацию многофункциональный ядерный рецептор. Результаты опубликованы онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Нашей целью было не столько изучение биологии часов, сколько разработка полногеномного скрининга для выявления ключевых игроков, участвующих в стабильности и деградации белков», — пояснил старший автор Хогенеш.

Искомые белки — лигазы. Они распознают специфические белки и направляют добавление молекулы (убиквитина) на белки-отходы, отправляя их на переработку в протеасому — клеточный компартмент, который расщепляет отработанные белки на аминокислоты.

Для валидации скрининга команда пометила несколько ключевых белков часов коротким белковым тегом, легко распознаваемым антителами. Затем с помощью высокопроизводительной визуализации учёные определили, какие лигазы повышают или понижают уровни этих белков в клетках. Они обнаружили, что лигаза Fbxl3 регулирует белки Cry — критические компоненты ядра часов. Также было установлено, что белок Seven in absentia 2 (Siah2) является ключевым регулятором оборота хорошо изученного ядерного белка часов RevErbα в 24-часовом цикле.

Некоторые лигазы, такие как Fbxl3, могут быть мишенями для малых молекул. «Эти лигазы активно разрабатываются в рамках усилий по открытию лекарств, — отметил Хогенеш. — Большинство белков не связываются с малыми молекулами. С помощью этого скрининга мы, возможно, сможем преодолеть это ограничение, находя лигазу, которая регулирует их уровни и функцию. Тогда малые молекулы против лигазы могли бы косвенно регулировать количество и, следовательно, активность «неподдающегося воздействию» белка».

Исследователи надеются, что применение этого нового метода позволит найти больше мишеней среди лигаз и разработать на их основе новые терапии для решения широкого спектра медицинских проблем.