Биологи получили новое представление о повторяющихся белковых последовательностях

Около 70% всех человеческих белков содержат по крайней мере одну последовательность, состоящую из одной аминокислоты, повторенной много раз, с вкраплениями нескольких других аминокислот. Эти "регионы низкой сложности" (low-complexity regions, LCR) также обнаружены у большинства других организмов.

Биологи MIT разработали способ идентифицировать и изучать их как единую группу. Их техника позволяет анализировать сходства и различия между LCR из разных видов и помогает определить функции этих последовательностей и белков, в которых они находятся.

Исследователи проанализировали все белки восьми различных видов — от бактерий до человека. Они обнаружили, что хотя LCR могут различаться между белками и видами, они часто выполняют схожую роль — помогают белку, в котором находятся, войти в крупномасштабную сборку, такую как ядрышко (органелла, присутствующая почти во всех человеческих клетках).

"Наш широкий подход позволяет увидеть сходства между их свойствами, что предполагает, что функции LCR, возможно, не так уж различны", — говорит аспирант MIT Байрон Ли.

Исследователи также обнаружили различия между LCR разных видов и показали, что эти видоспецифичные последовательности LCR соответствуют видоспецифичным функциям, таким как формирование клеточных стенок растений.

Крупномасштабное исследование

Команда MIT решила использовать биоинформатику, чтобы оценить LCR как более крупную группу. Они применили технику под названием dotplot matrix (точечная матрица) для визуального представления аминокислотных последовательностей каждого изучаемого белка, а затем использовали методы вычислительной обработки изображений для одновременного сравнения тысяч таких матриц.

Используя эту технику, исследователи смогли классифицировать LCR на основе того, какая аминокислота чаще всего повторялась в LCR. Они также сгруппировали белки, содержащие LCR, по количеству копий каждого типа LCR, найденного в белке.

В качестве демонстрации исследователи выделили человеческий белок RPA43, который имеет три богатых лизином LCR. Этот белок является частью фермента РНК-полимераза 1. Они обнаружили, что количество копий богатых лизином LCR важно для интеграции белка в ядрышко.

Биологические сборки

При сравнении белков восьми разных видов исследователи обнаружили, что некоторые типы LCR высоко консервативны между видами. Эти последовательности, как правило, находятся в белках и клеточных структурах, которые также высоко консервативны, например, в ядрышке.

"Количество копий, которое может контролировать, сколько взаимодействий может осуществлять белок, важно для интеграции белка в этот компартмент", — говорит Ли.

Исследователи также обнаружили различия между LCR, обнаруженными в двух различных типах белков, участвующих в сборке ядрышка. Они выяснили, что ядрышковый белок TCOF содержит много богатых глутамином LCR, которые могут служить каркасом для формирования сборок, в то время как ядрышковые белки лишь с несколькими такими LCR могли рекрутироваться в качестве клиентов.

Другая структура, в которой, по-видимому, много консервативных LCR, — это ядерная спекла (nuclear speckle). Исследователи также нашли много сходств между LCR, участвующими в формировании более крупных сборок, таких как внеклеточный матрикс.

Исследовательская группа также обнаружила примеры структур с LCR, которые, по-видимому, разошлись между видами. Например, растения имеют отличительные последовательности LCR в белках, которые они используют для построения своих клеточных стенок, и эти LCR не встречаются у других типов организмов.

Исследователи теперь планируют расширить свой анализ LCR на дополнительные виды.