Новый метод выявляет взаимосвязь двух ключевых клеточных процессов

Ученые из Института Скриппса впервые одновременно картировали два важнейших типа модификации белков в клетках, выявив их тесное взаимодействие во время апоптоза — клеточной программы «самоуничтожения».

Фосфорилирование (присоединение фосфатной группы к белку) и протеолиз (расщепление белка) ранее изучались почти всегда независимо. Новое исследование объединило методы картирования этих событий для всех белков в популяции клеток, чтобы показать, как они совместно работают для выполнения апоптоза.

Конкретные результаты по апоптозу могут привести к разработке новых методов диагностики и лекарств от рака, поскольку многие методы лечения рака направлены на индукцию апоптоза в злокачественных клетках. Что еще важнее, работа знаменует создание нового базового инструмента в протеомике (масштабном изучении белков), который даст полезные сведения о многих клеточных процессах.

«Обнаружение взаимосвязи между путями регуляции белков долгое время было сложной задачей, и теперь с помощью этой новой техники мы можем начать проводить анализы, которые раньше были трудны или невозможны», — сказал Бенджамин Ф. Краветт, старший автор исследования, опубликованного 20 июля 2012 года в журнале Cell.

Новый глобальный подход

Предыдущие исследования фосфорилирования и протеолиза предполагали, что эти механизмы иногда работают в тандеме, особенно во время апоптоза. Но эти работы были сосредоточены на отдельных ферментах, запускающих апоптоз, а не на «глобальном» процессе в клетках.

Для нового исследования ученые усовершенствовали ранее разработанный метод картирования протеолиза PROTOMAP, добавив к нему технику обнаружения событий фосфорилирования и другую протеомную технологию SILAC. Это позволило различить в образце белки из разных популяций клеток (контрольных и подвергающихся апоптозу) и найти события, специфичные для апоптоза.

Ключевые результаты

• Было обнаружено более 700 специфичных для апоптоза событий протеолиза, в основном опосредованных каспазами, включая многие ранее неизвестные.
• Впервые выявлена обширная сеть специфичных для апоптоза событий фосфорилирования, многие из которых были явно связаны с событиями протеолиза.
• Оказалось, что фосфорилирование белка рядом с сайтом расщепления каспазой не всегда блокирует это расщепление. Эти специфичные фосфорилирования иногда сохранялись на фрагментах, образовавшихся после расщепления каспазами.
• Установлено, что в одних случаях фосфорилирование позволяло произойти расщеплению каспазами, а в других — события расщепления активировали последующее фосфорилирование. Некоторые киназы (ферменты, осуществляющие фосфорилирование) не могут выполнять свою работу, пока не будут активированы расщеплением каспазами.

«Мы привыкли изучать протеолиз и фосфорилирование по отдельности, но ясно, что они тесно связаны и должны рассматриваться как единое целое», — отметила Мелисса М. Дикс, соавтор исследования.

Потенциал для лечения рака

Лаборатория Краветта теперь применяет разработанные методы для изучения апоптоза в различных типах клеток. Клетки Jurkat T-лимфоциты, использованные в опубликованном исследовании, часто применяются для изучения апоптоза, но каждый тип клеток имеет свой уникальный белковый профиль во время этого процесса.

Техники обнаружения апоптоза в специфичных типах клеток могут быть полезны в онкологии. Ученые исследуют, могут ли определенные фосфорилированные фрагменты белков служить высокоспецифичными биомаркерами апоптоза в раковых клетках, обнаруживаемыми с помощью простого анализа крови. «Такой тест покажет, работает ли ваше противораковое лекарство», — пояснил Краветт.

Обилие данных этих исследований также может помочь в разработке новых препаратов, индуцирующих апоптоз в раковых клетках. При этом апоптоз — лишь один из многих клеточных процессов, которые можно изучать с помощью новой методики картирования.