Обнаружен ключевой фермент — главный регулятор белковых взаимодействий

Фосфорилирование белков — это процесс переключения белков из одного активного состояния в другое. Это критически важная функция для большинства живых существ, поскольку фосфорилирование контролирует почти все клеточные процессы: метаболизм, транскрипцию генов, прогрессию клеточного цикла, перестройку цитоскелета и движение клеток.

Из-за важности этого процесса учёные стремились больше узнать о том, как белки "понимают", когда и как им фосфорилироваться или дефосфорилироваться. Биологи выяснили, что взаимодействия киназ (ферментов, добавляющих фосфат к белку) жёстко регулируются. Каждая из 428 человеческих серин/треониновых киназ взаимодействует только с определёнными белками-субстратами. Однако для обратной реакции — дефосфорилирования (удаления фосфата) — доступно лишь около 40 фосфатаз для взаимодействия со всеми субстратами. Более того, считается, что только одна из них, протеинфосфатаза 1 (PP1), ответственна за до 65% всех реакций дефосфорилирования.

Вопрос в том, как PP1, будучи "универсалом", выбирает, с какими белками-субстратами взаимодействовать. Новое исследование под руководством Вольфганга Пети, опубликованное в Nature Structural & Molecular Biology, помогает ответить на этот вопрос.

Учёные из Брауновского и Йельского университетов обнаружили, что PP1 "выбирает" белки для дефосфорилирования в зависимости от того, какое из его трёх сайтов связывания доступно. Это важно, поскольку ошибки в регуляции PP1 могут вызывать многочисленные заболевания, включая рак (ремоделирование хроматина), диабет (гликоген) и болезнь Паркинсона (LTP).

"Существуют тысячи рецензируемых статей, но никто не понимал, как регулируется PP1. На самом деле это главный регулятор. Мы определили, как он работает", — сказал Пети.

Ключевое открытие:

Используя ЯМР-спектроскопию и рентгеновскую кристаллографию, команда впервые показала, как PP1 связан с регуляторным белком спинофилином. Структурный анализ комплекса спинофилин-PP1 показал, что спинофилин присоединился к одному из трёх сайтов связывания субстрата на PP1, называемому C-концевой субстрат-связывающей бороздкой. На атомном уровне это выглядит так, будто спинофилин, подобно многоголовому существу, вплетается в эту бороздку, эффективно блокируя любой субстрат, которому для взаимодействия с PP1 нужен именно этот сайт.

Таким образом, для связывания остаются доступными только две другие бороздки — кислотная и гидрофобная. "Любой субстрат, которому нужен C-концевой сайт, выбывает из игры", — пояснил Пети.

Сокращая количество доступных сайтов связывания с трёх до двух, PP1 фактически становится более избирательным. "Это означает, что PP1 контролируется так же жёстко, как и киназы", — отметил учёный.

"Теперь мы знаем, как регулируется PP1. Происходит следующее: мы создаём не больше ферментов, а больше белковых комплексов (голоферментов), которые увеличивают специфичность PP1", — добавил Пети.