ΑΡΧΑΙΑ ΙΘΩΜΗ

1 ΙΟΥΛΙΟΥ 2021 από τον Gail McCormick, Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας

Οι ερευνητές του Penn State χρησιμοποίησαν μια ποικιλία τεχνικών σχετικά με τη βιολογία των κυττάρων, τη δομική βιολογία και τη βιοφυσική των πρωτεϊνών για να προσδιορίσουν πώς λειτουργούν οι πρωτεΐνες SPOP και Pdx1 για να διασφαλίσουν ότι το γονίδιο που κωδικοποιεί την ινσουλίνη είναι ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο τη σωστή στιγμή. Πίστωση: Showalter Lab, Penn State

Ορισμένες πρωτεΐνες στο σώμα διασφαλίζουν ότι τα γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται τη σωστή στιγμή.

Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη μεταγραφικού παράγοντα Pdx1 (παγκρεατικό και δωδεκαδακτυλικό homeobox 1) ενεργοποιεί το γονίδιο που κωδικοποιεί την ινσουλίνη και η πρωτεΐνη SPOP (πρωτεΐνη τύπου POZ τύπου στίγματος) με τη σειρά της συνδέεται με το Pdx1 έτσι ώστε το σώμα να μην κάνει πάρα πολύ ινσουλίνη.

Αλλά δεν είναι σαφές πώς συνδέεται το SPOP με το Pdx1.

Η κατανόηση του πού δεσμεύει το SPOP μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να προβλέψουν τι προδιαθέτει τα άτομα να αναπτύξουν διαβήτη και να διευκρινίσει πώς το SPOP ρυθμίζει άλλες σημαντικές πρωτεΐνες.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, μια ομάδα ερευνητών από το Penn State και το St. Jude Children Research Hospital απεικόνισαν τις πρωτεΐνες και διαπίστωσαν πώς συμβαίνει αυτή η σημαντική αλληλεπίδραση.

Ένα έγγραφο που περιγράφει την αλληλεπίδραση δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Biological Chemistry .

Μιλήσαμε με δύο από τους συγγραφείς της εφημερίδας, τον Scott Showalter, καθηγητή χημείας και βιοχημείας και μοριακής βιολογίας , και τον Emery Usher, μεταπτυχιακό φοιτητή στο πρόγραμμα Βιοχημείας, Μικροβιολογίας και Μοριακής Βιολογίας (BMMB), σχετικά με αυτό το έργο.

Ε: Γιατί το Pdx1 είναι σημαντικό για το ανθρώπινο σώμα και πώς το SPOP υποστηρίζει τη λειτουργία του;

Showalter: Το Pdx1 είναι ένας παράγοντας μεταγραφής, ο οποίος είναι μια πρωτεΐνη που συνδέεται με το DNA του γονιδιώματός σας και ελέγχει εάν τα κοντινά γονίδια θα ενεργοποιηθούν ή θα απενεργοποιηθούν.

Στους ανθρώπους, το Pdx1 βρίσκεται κυρίως στο πάγκρεας, όπου ενεργοποιεί το γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη ινσουλίνης όταν χρειάζεται περισσότερο.

 Όταν αποθηκεύεται αρκετή ινσουλίνη για το μέλλον, το SPOP συνδέεται με το Pdx1 και προκαλεί την καταστροφή του από τα μηχανήματα ανακύκλωσης κυτταρικών πρωτεϊνών, διακόπτοντας έτσι την παραγωγή ινσουλίνης.

Usher: Τελικά, το Pdx1 και το SPOP συνεργάζονται για τη διατήρηση της ομοιόστασης της γλυκόζης.

Δηλαδή, η προσεκτική ισορροπία των επιπέδων γλυκόζης στα κύτταρα και στην κυκλοφορία του αίματός σας.

 Συγκεκριμένα, το SPOP εκτελεί παρόμοιο ρυθμιστικό ρόλο για δεκάδες άλλες πρωτεΐνες σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων, όλα τα οποία είναι κρίσιμα για την κατάλληλη κυτταρική λειτουργία.

Ε: Ποιο ήταν το κίνητρό σας για αυτήν τη μελέτη;

Showalter: Παρόλο που γνωρίζαμε ότι το Pdx1 και το SPOP συνεργάζονται για τη ρύθμιση του γονιδίου που κωδικοποιεί την ινσουλίνη, πριν από αυτή τη μελέτη οι λεπτομέρειες αυτής της αλληλεπίδρασης ήταν ασαφείς.

Ήταν γνωστό από άλλες εργασίες ότι το SPOP απενεργοποιεί τις πρωτεΐνες συνδέοντας ένα μοριακό σήμα σε αυτές που στοχεύει αυτές τις πρωτεΐνες για καταστροφή, αλλά το Pdx1 δεν μοιάζει με άλλες πρωτεΐνες που ρυθμίζει το SPOP.

Σχεδόν όλες οι πρωτεΐνες που είναι γνωστό ότι ρυθμίζονται από το SPOP διαθέτουν πολλαπλές αλληλουχίες αναγνώρισης ή αλληλουχίες αμινοξέων που δρουν σαν κωδικός πρόσβασης.

Ωστόσο, το Pdx1 δεν περιέχει καμία από τις ακολουθίες στις οποίες ήταν γνωστό ότι συνδέεται το SPOP.

Το εργαστήριό μου έχει επενδύσει πολλές προσπάθειες την τελευταία δεκαετία για να αναπτύξει τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να χαρακτηρίσουν αλληλεπιδράσεις όπως αυτές που γνωρίζαμε ότι πρέπει να υπάρχουν μεταξύ Pdx1 και SPOP. Σε αυτη τη ΜΕΛΕΤΗ,

Usher: Το SPOP μπορεί πραγματικά να αναγνωρίσει περισσότερες από μία από αυτές τις ακολουθίες κωδικού πρόσβασης αμινοξέων και μπορεί έτσι να στοχεύσει πολλούς συνεργάτες, οπότε είναι δύσκολο να παραχθεί μια ολοκληρωμένη λίστα των ακολουθιών αμινοξέων που αναζητά το SPOP.

Η διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ Pdx1 και SPOP θα μπορούσε επίσης να δώσει πληροφορίες για άλλες πρωτεΐνες που μπορεί να δεσμεύει το SPOP.

Ε: Ποια ήταν τα κύρια αποτελέσματα αυτής της μελέτης;

Showalter: Ήμασταν πολύ χαρούμενοι που βρήκαμε ότι δεν υπάρχει μόνο ένας δεσμευτικός ιστότοπος SPOP στο Pdx1, αλλά δύο.

Είναι γνωστό ότι το SPOP δεσμεύει γενικά πολλές τοποθεσίες στις πρωτεΐνες που ελέγχει, οπότε αυτό το αποτέλεσμα ήταν πολύ ικανοποιητικό επειδή φέρνει την ρύθμιση Pdx1 σε ευθυγράμμιση με τη γενικότερη κατανόηση της κοινότητας για το πώς λειτουργεί το SPOP.

Αφού βρήκαμε τη δεύτερη τοποθεσία δέσμευσης, χρησιμοποιήσαμε κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να απεικονίσουμε το σύμπλεγμα που σχηματίζεται όταν το SPOP συνδέεται με το Pdx1 σε αυτές τις πρόσφατα ανακαλυφθείσες θέσεις σύνδεσης.

Αυτή η δομή αποκάλυψε ότι παρόλο που μια ασυνήθιστη αλληλουχία αμινοξέων στο Pdx1 συμμετείχε στη σύνδεση SPOP, οι γεωμετρικές και χημικές λεπτομέρειες ήταν στην πραγματικότητα πολύ παρόμοιες με τις προηγουμένως καθορισμένες δομές.

Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ο προηγούμενος ορισμός ενός ιστότοπου σύνδεσης SPOP ήταν πολύ στενός.

Usher: Τώρα έχουμε καλύτερη κατανόηση των χημικών κανόνων που καθορίζουν εάν μια ακολουθία είναι ένας καλός υποψήφιος για δέσμευση ή όχι.

Η δομή μας προτείνει επίσης έναν εύλογο μηχανισμό για τη διακοπή της σύνδεσης Pdx1 από το SPOP όταν αυτή η αλληλεπίδραση είναι ανεπιθύμητη – για παράδειγμα, όταν το Pdx1 απαιτείται για την παραγωγή περισσότερης ινσουλίνης.

Ε: Γιατί είναι σημαντικά αυτά τα ευρήματα;

Showalter: Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τις μοριακές λεπτομέρειες των βιολογικών διεργασιών όπως η παραγωγή ινσουλίνης που εξαρτάται από τη γλυκόζη και πώς ρυθμίζονται, διότι αυτοί είναι οι αποφασιστικοί παράγοντες μεταξύ της φυσιολογικής υγείας και της νόσου.

 Η κατανόηση των αλληλουχιών που δεσμεύει το SPOP μας βοηθά να προβλέψουμε γιατί ορισμένες γενετικές παραλλαγές μπορεί να προδιαθέτουν άτομα και οικογένειες που τα μεταφέρουν στον διαβήτη.

Παρομοίως, αποσαφηνίζοντας τους κανόνες που χρησιμοποιεί το SPOP για να προσδιορίσει τις πρωτεΐνες στις οποίες πρέπει να δεσμεύεται και να ρυθμίζει, μπορούμε καλύτερα να προβλέψουμε άλλες πρωτεΐνες που ρυθμίζει.

Μπορεί επίσης να είμαστε σε θέση να προβλέψουμε πώς οι φυσικές παραλλαγές στις αλληλουχίες αμινοξέων τους μπορεί να διαταράξουν τη φυσιολογική δέσμευση SPOP, οδηγώντας σε κακά αποτελέσματα υγείας.

Usher: Το SPOP είναι επίσης γνωστό για τον ρόλο του σε ορισμένους καρκίνους, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του προστάτη και του ενδομητρίου.

Ενώ πέρα ​​από το πεδίο της τρέχουσας εργασίας μας, ο καλύτερος προσδιορισμός του τρόπου με τον οποίο η SPOP επιλέγει δεσμευτικούς εταίρους θα επηρεάσει πιθανώς και τη μελλοντική έρευνα σε αυτόν τον τομέα.