UbiREAD: Расшифровка убиквитинового кода деградации белков

Исследователи из Института биохимии Макса Планка (MPIB) разработали новую технологию UbiREAD для декодирования различных комбинаций молекул убиквитина — убиквитинового кода, который определяет, как белки разрушаются в клетках.

С помощью UbiREAD учёные маркируют флуоресцентные белки определённым убиквитиновым кодом и отслеживают их деградацию в клетках. Исследование, опубликованное в Molecular Cell, показало, какой убиквитиновый код может или не может индуцировать внутриклеточную деградацию белка.

Клетки используют сложную систему для маркировки ненужных белков для деградации с помощью небольшого белка убиквитина. Убиквитиновый код может представлять собой одиночную метку или множественные убиквитины, соединённые вместе.

Лео Кисс, первый автор исследования, объясняет: «Сложность убиквитинового кода поразительна: соединение одной молекулы убиквитина с другой может происходить восемью разными способами. Эти присоединения могут повторяться много раз, создавая цепи различной длины. Более того, от существующих цепей могут ответвляться цепи других типов. Наша технология UbiREAD действует как сканер, который может декодировать, что делают эти разные убиквитиновые цепи внутри клеток».

Технология UbiREAD

Для решения этой задачи Кисс и Бренда Шульман в сотрудничестве с Лео Джеймсом из MRC Laboratory of Molecular Biology в Кембридже разработали UbiREAD (Ubiquitinated Reporter Evaluation After intracellular Delivery).

Этот новый подход позволяет изучать клеточную деградацию белков, несущих определённый убиквитиновый код. Исследователи метят флуоресцентный белок известным убиквитиновым кодом, затем доставляют меченый белок в клетки. На основе интенсивности флуоресценции, которая коррелирует с количеством белка, они могут отслеживать его судьбу: если белок цел, флуоресценция сохраняется; если он переработан, флуоресценция теряется.

Используя UbiREAD, исследователи обнаружили, что внутриклеточная деградация происходит быстрее, чем деградация того же субстрата в пробирке с очищенной деградационной машинерией. В клеточной среде для деградации половины меченого белка требуется всего минута. Кроме того, они показали, что белки, помеченные определённым типом убиквитиновой цепи, называемой K48, быстро разрушаются, в то время как белки, помеченные K63, быстро теряют свою метку и избегают переработки.

Исследователи также сравнили разные длины убиквитиновых цепей. Кисс говорит: «Удивительно, но уже трёх молекул убиквитина было достаточно для эффективной переработки флуоресцентного белка. Однако этот код может быть потерян, если эти убиквитины формируются не на субстрате напрямую, а на другой убиквитиновой цепи. Контекст имеет значение».

Бренда Шульман, директор MPIB, резюмирует: «Наши результаты подчёркивают важность исследования убиквитиновых цепей и их функций в их естественной клеточной среде. Мы показали, что UbiREAD — это универсальный инструмент для анализа внутриклеточной деградации белков, конъюгированных с различными типами убиквитиновых или убиквитин-подобных белковых цепей в разных клеточных контекстах».