Ученые полностью определили процесс метилирования
Исследователи из UNSW Sydney впервые полностью определили важный клеточный процесс — метилирование. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, это знаковое исследование подчеркивает ключевую роль метилирования в создании белков.
Метилирование — это химическая реакция, при которой небольшая молекула, известная как метильная группа, добавляется или «помечает» ДНК, белки или другие молекулы. Этот процесс может влиять на поведение клетки, например, стимулируя развитие и дифференцировку стволовых клеток.
Доктор Джошуа Хейми и профессор Марк Уилкинс из Школы BABS полностью определили, какие белки в дрожжевой клетке несут метильные группы, где находится эта метка и какой молекулярный механизм используется для её добавления.
«Некоторые аспекты клетки, такие как последовательность ДНК многих геномов, были всесторонне изучены уже давно, — говорит ведущий автор исследования доктор Хейми. — Однако другие системы, например, химическое мечение белков клеткой, почти никогда не понимаются систематически».
«Мы использовали формальный метод, чтобы выяснить, чего именно мы не знаем о метилировании», — говорит доктор Хейми. В результате обзора всей существующей литературы по метилированию дуэт пришел к выводу, что мы действительно знаем подавляющее большинство деталей этого процесса, и осталось открыть очень немногое.
«Мы предложили почти полную картину этой системы, — говорит доктор Хейми. — И хотя это подразумевает, что в этой области не осталось больше деталей для открытия, это открывает новые захватывающие вопросы о системе в целом и о том, что на самом деле делает эта метка метилирования».
Всегда ли есть что открывать?
«Наша работа направлена на понимание того, как клетки управляют информацией и принимают решения, — говорит профессор Уилкинс. — Это важно, поскольку клетки постоянно принимают решения, чтобы адаптироваться к изменениям окружающей среды, изменить свою деятельность, продолжать расти или умереть».
Довольно давно известно, что внутри клетки белки могут быть помечены небольшими молекулами, которые служат единицами информации или данных. Но до сих пор мы никогда не знали для какой-либо клетки, сколько у неё есть меток любого типа на белках и какой механизм клетка использует для их нанесения.
Система метилирования включает ферменты, которые модифицируют другой белок, добавляя небольшую молекулу — в данном случае метильную группу — и «помечая» его. Добавление метильных групп может влиять на то, как некоторые молекулы действуют в организме, а изменения в паттернах метилирования генов или белков могут влиять на риск развития у человека определенных заболеваний, включая рак.
«Мы работаем в этой области экспериментально очень долгое время, — говорит профессор Уилкинс. — Я поставил цель охарактеризовать этот конкретный тип модификации клетки [метилирование], но с акцентом на работу с дрожжами как модельным организмом для клеток человека и животных».
С годами профессор Уилкинс, доктор Хейми и другие исследователи в этой области открывали всё больше особенностей этого процесса, пока не дошло до того, что идентифицировалось всё меньше и меньше новых деталей.
«В определенный момент, чем больше мы пытались, тем меньше мы фактически находили, — говорит доктор Хейми. — Существующая парадигма в этой области заключается в том, что всегда есть что открывать. Но эта статья бросает вызов этой идее».
Определение системы метилирования
Вместе доктор Хейми и профессор Уилкинс систематически проанализировали всю существующую литературу по процессу метилирования в дрожжах. «Мы нашли способ каталогизировать доказательства за и против существования "чего-то ещё", что можно открыть в биологической системе метилирования», — говорит профессор Уилкинс.
В любом процессе метилирования существует связь между двумя белками (ферментом, несущим метильную группу, и метилируемым белком), которые составляют основную единицу этой системы. «Так что, если бы было что-то ещё для открытия, по сути, существовало бы взаимодействие между этими двумя белками, о котором мы не знаем», — говорит доктор Хейми.
«Мы смогли использовать знание об этой связи, чтобы каталогизировать существующие доказательства и определить, осталось ли больше таких неизвестных связей — и если да, то сколько».
В результате этого систематического процесса они пришли к выводу, что метилирование в модельном организме — дрожжах — по сути полностью изучено.
Контроль роста и поведения клеток
Большое количество этих событий метилирования очень важно для контроля реакции клетки на внешние сигналы, а также для передачи сигналов внутри клетки. Эти сигнальные процессы важны для контроля состояния клетки, в частности механизма, который строит белки.
«В результате нашего систематического обзора мы можем сказать, что эта система, по-видимому, в основном связана с контролем того, как клетка производит белки, что является центральным для функционирования клетки», — говорит доктор Хейми.
Наличие полной картины метилирования и его ключевой роли в синтезе белка открывает новые пути для того, как мы можем контролировать аспекты роста и поведения клеток.
«Мы сосредоточили нашу работу на дрожжевой клетке — которая имеет много общего с человеческой клеткой, но проще для изучения — и результаты имеют прямое значение для манипулирования дрожжами в таких областях, как пивоварение, выпечка и биотопливо, а также для потенциального лечения дрожжевых и грибковых инфекций у пациентов, таких как кандидоз и дерматофития», — говорит профессор Уилкинс.
«Более того, теперь, когда у нас есть эта полная карта, мы можем задавать систематические вопросы о том, почему эта система эволюционировала и какова её функция в контроле центральных биологических процессов, — говорит доктор Хейми. — Именно этими вопросами мы сейчас и занимаемся».