Хотя мы часто думаем, что болезни вызваны инородными телами — бактериями или вирусами, — существуют сотни заболеваний, поражающих человека, которые возникают в результате ошибок в клеточном производстве белков. Группа исследователей во главе с Массачусетским университетом в Амхерсте недавно использовала возможности передовых технологий, в том числе инновационного метода, называемого гликопротеомикой, чтобы разблокировать основанный на углеводах код, который управляет тем, как определенные классы белков принимают сложные формы, необходимые для сохранения нашего здоровья.
В исследовании, опубликованном в журнале Molecular Cell, изучаются члены семейства белков, называемых серпинами, которые участвуют в ряде заболеваний. Это первое исследование, в котором выясняется, как расположение и состав углеводов, прикрепленных к серпинам, обеспечивают их правильное сворачивание. Серьезные заболевания — от эмфиземы и муковисцидоза до болезни Альцгеймера — могут возникать, когда клеточный контроль за сворачиванием белка нарушается. Идентификация гликокода, ответственного за точное сворачивание и контроль качества, может стать многообещающим способом лекарственной терапии для борьбы со многими заболеваниями.
Когда-то учёные думали, что единым кодом, управляющим жизнью, является ДНК, и что всё управляется тем, как комбинируются и рекомбинируются четыре кирпичика ДНК — A, C, G и T. Но в последние десятилетия стало ясно, что действуют и другие коды, особенно в построении сложно свёрнутых секретируемых белков, которые создаются на белковой фабрике человеческой клетки, эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), окружённом мембраной отделе, в котором начинается сворачивание белка. Примерно 7000 различных белков — треть всех белков человеческого организма — созревают в ЭР. Секретируемые белки, в совокупности именуемые «секретомом» — отвечают за всё, от ферментов нашего организма до иммунной и пищеварительной систем, и должны формироваться правильно, чтобы организм человека мог нормально функционировать.
Особые молекулы, именуемые «шаперонами», помогают белку сворачиваться в окончательную форму. Они также помогают идентифицировать белки, которые свернулись не совсем правильно, оказывая им дополнительную помощь в рефолдинге или, если они свёрнуты безнадёжно неправильно, отмечают их как подлежащие уничтожению, прежде чем те нанесут ущерб. Однако сама система шаперонов, входящая в состав отдела контроля качества клетки, иногда даёт сбой, и когда это происходит, результаты могут быть катастрофическими для нашего здоровья.
Открытие системы шаперонов на основе углеводов в ЭР произошло благодаря новаторской работе, которую Дэниел Хеберт, профессор биохимии и молекулярной биологии в Массачусетском университете в Амхерсте и один из старших авторов статьи, начал в качестве постдокторанта в 1990-е годы.
«Инструменты, которые у нас есть сейчас, в том числе гликопротеомика и масс-спектрометрия в Институте прикладных наук о жизни Массачусетского университета в Амхерсте, позволяют нам ответить на вопросы, которые оставались открытыми более 25 лет», — говорит Хеберт. — Ведущий автор новой статьи, Кевин Гуэй, делает то, о чем я мог только мечтать, когда только начинал».
Среди наиболее насущных из этих вопросов, остававшихся без ответа, был такой: как шапероны узнают, когда 7000 разных, похожих на оригами белков, свернуты правильно?
Теперь мы знаем, что в ответе задействован фермент-«сторож ЭР», известный как UGGT, и множество углеводных меток, называемых N-гликанами, которые связаны с определенными участками аминокислотной последовательности белка.
Гуай, который защищает докторскую диссертацию по программе молекулярной клеточной биологии в Массачусетском университете в Амхерсте сконцентрировался на двух специфических белках млекопитающих, известных как альфа-1-антитрипсин и антитромбин. Используя клетки, отредактированные с помощью CRISPR, он и его соавторы модифицировали сеть шаперонов ЭР, чтобы определить, как присутствие и расположение N-гликанов влияет на сворачивание белка. Они наблюдали, как варианты заболевания распознавались сторожем ЭР UGGT, и, чтобы рассмотреть это как можно ближе, разработали ряд инновационных методов гликопротеомики с использованием масс-спектрометрии, чтобы понять, что происходит с гликанами, которые покрывают поверхность белков.
Они обнаружили, что фермент UGGT «маркирует» неправильно свёрнутые белки с сахарами, расположенными в определённых положениях. Это своего рода код, который шапероны могут впоследствии считать, чтобы определить, где именно процесс складывания пошёл не так и как это исправить.
«Мы впервые смогли увидеть, куда в белки UGGT добавляет сахара, вырабатываемые в клетках человека, для контроля качества», — говорит Гуай. — Теперь у нас есть платформа для расширения нашего понимания того, как сахарные метки могут отправлять белки на дальнейшие этапы контроля качества, и наша работа предполагает, что UGGT является многообещающим направлением для целевых исследований в области лекарственной терапии».
«Это исследование замечательно потому», — говорит Лайла Гираш, заслуженный профессор биохимии и молекулярной биологии Массачусетского университета в Амхерсте и один из соавторов исследования, — что было открыто, что гликаны выступают в качестве кода для сворачивания белков в ЭР. Открытие роли, которую играет UGGT, распахивает двери к будущим достижениям в понимании и, в итоге, — лечении сотен заболеваний, которые происходят из-за неверно свёрнутых белков».
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК».
Источник: материалы предоставлены Массачусетским университетом в Амхерсте.
Вам также может быть интересно:
