Маленькие, но могучие: крошечные белки с большими ролями в биологии
Традиционные методы обнаружения часто упускают из виду микробелки (короткие белки) на фоне сложного клеточного окружения. Однако ученые выясняют, что эти микробелки играют важные биологические роли.
Используя новую стратегию обнаружения, исследователи из Института Солка открыли человеческий микробелок, участвующий в ключевой «домашней» работе клеток: удалении ненужного генетического материала. Эта молекула может помочь лучше понять, как в клетке контролируются уровни генов, включая гены болезней.
«Несмотря на то, что мы знаем о человеческом геноме, в алгоритмах обнаружения генов все еще есть слепые зоны», — говорит Алан Сагателиан, профессор Института Солка. — «Вы можете секвенировать весь геном и никогда не узнать о существовании такого белка, потому что он слишком короткий и не соответствует обычным требованиям к длине для алгоритмов аннотации генов».
В клетках ДНК гена транскрибируется в mRNA, которая затем направляет производство конкретных белков. После создания необходимого белка шаблон mRNA утилизируется. Хотя этот процесс важен для здоровых клеток, никто не знал о критическом микробелке в этом процессе, названном NoBody (non-annotated P-body dissociating polypeptide).
Ученые решили изучить NoBody, потому что его последовательность консервативна в эволюции, что указывает на важную функцию. Эксперименты показали, что NoBody взаимодействует с белками, участвующими в процессе рециклинга mRNA, которые формируют P-тельца — кластеры mRNA и белков, выполняющих первый этап деградации mRNA. Введение NoBody в клетки вызывало исчезновение этих P-телец. Изменение уровня NoBody внутри клеток может нарушить путь рециклинга RNA, что указывает на его биохимическую функцию и потенциальную мишень для терапии, связанной с дисфункцией RNA.
Часть причины, по которой эта молекула так долго оставалась незамеченной, — отсутствие знаний о ее существовании и неясность, имеют ли микробелки важные функции.
«Открытие NoBody и его функции в рециклинге mRNA предполагает, что по крайней мере некоторые из сотен других обнаруженных нами микробелков также могут быть функциональными», — отмечает Сагателиан.
Чтобы обойти проблемы обнаружения, авторы объединили геномное секвенирование и масс-спектрометрию белков (протеомику) для предсказания и идентификации неаннотированных микробелков. Команда выделила содержимое клеток из стандартной линии клеток миелоидного лейкоза, удалила крупные белки и с помощью жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии определила аминокислотные последовательности всех присутствующих белков, включая микробелки.
Для сопоставления с генами использовали собственный вычислительный метод для предсказания всех возможных микробелков из общего содержания mRNA клетки. Это привело к открытию более 400 новых микробелков, включая NoBody.
«Мы предсказываем миллионы теоретических белковых последовательностей из геномных данных, но ключом было определить, какие из них реальны, используя данные масс-спектрометрии», — говорит Цзяо Ма.
Исследователи полагают, что NoBody может указывать на другие важные микробелки, вовлеченные в болезни. Белковые гранулы встречаются во многих биологических процессах и особенно актуальны для неврологических заболеваний, где белки слипаются и агрегируют, как в амилоидных бляшках при болезни Альцгеймера.
«Хотя NoBody не участвует напрямую в болезни Альцгеймера, это открытие предполагает, что другие микробелки могут быть вовлечены», — добавляет Сагателиан. — «Поиск и характеристика этих других микробелков в биологии и болезнях представляют собой захватывающую границу молекулярной биологии».