In de bruisende setting van de cel, eiwitten komen elkaar bij duizenden tegen. Ondanks de drukte, elk slaagt erin om selectief te communiceren met precies de juiste partners, dankzij specifieke contactgebieden op het oppervlak die nog veel mysterieuzer zijn dan je zou verwachten, gegeven decennia van onderzoek naar eiwitstructuur en -functie.

Nutsvoorzieningen, Wetenschappers van het Salk Institute hebben een nieuwe methode ontwikkeld om te ontdekken welke oppervlaktecontacten op eiwitten cruciaal zijn voor deze cellulaire interacties. De nieuwe benadering laat zien dat essentiële nieuwe functies kunnen worden ontdekt, zelfs voor goed bestudeerde eiwitten, en heeft belangrijke implicaties voor de ontwikkeling van therapeutische geneesmiddelen, die sterk afhangt van hoe drugs fysiek interageren met hun cellulaire doelen. De krant verscheen in de vroege online versie van Genetica eind november, en staat gepland voor publicatie in de januari-editie van het tijdschrift.

"Dit artikel illustreert de kracht van deze methodologie, " zegt senior auteur Vicki Lundblad, houder van de Ralph S. en Becky O'Conner Chair. "Het kan niet alleen eerder onontdekte activiteiten voor een eiwit identificeren, maar het kan ook de exacte aminozuren op een eiwitoppervlak lokaliseren die deze nieuwe functies uitvoeren."

Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Hun specifieke lineaire rangschikking bepaalt de identiteit van een eiwit, en clusters van hen op het oppervlak van het eiwit dienen als contacten, reguleren hoe dat eiwit interageert met andere eiwitten en moleculen. Lundblad en haar collega's vermoedden dat, ondanks tientallen jaren werk om de mysteries van eiwitten te ontcijferen, de omvang van dit regulerende landschap op het oppervlak van eiwitten was grotendeels onontgonnen gebleven. Lang geleden, haar groep ontdekte onverwacht zo'n regulerend aminozuurcluster, terwijl u één voor één door 300 zoekt, 000 gemuteerde gistcellen. Hoewel dat werk een nieuw onderzoeksgebied opende op het gebied van telomeerbiologie, Lundblad was vastbesloten om een ​​robuustere methode te bedenken die snel veel meer van deze onontgonnen eiwitoppervlakken zou kunnen blootleggen.

Voer John Lubin in, nu een promovendus in het lab van Lundblad, die met haar begon te werken als student.

"Mijn taak was om erachter te komen hoe je door 30 gemuteerde gistcellen kunt zoeken, in plaats van 300, 000, nieuwe activiteiten voor een eiwit te ontdekken, " zegt Lubin, co-eerste auteur van het papier. Timothy Tucey, de andere co-eerste auteur, was een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Lundblad, en is nu aan de Monash University.

Samen wendden ze zich tot een eiwit genaamd Est1, die Lundblad in 1989 als postdoctoraal onderzoeker in gist had ontdekt. ​​Est1 is een subeenheid van een eiwit (een enzym) genaamd telomerase, waardoor de beschermkapjes aan de uiteinden van chromosomen (bekend als telomeren) niet te kort worden. Als de eerste subeenheid van telomerase die werd ontdekt, Est1 is door vele onderzoeksgroepen intensief bestudeerd.

De aanpak van het Salk-team omvatte de introductie van een kleine, maar aangepast, reeks mutaties in gistcellen die selectief oppervlaktecontacten op het Est1-eiwit van de cellen zouden verstoren. Het team analyseerde vervolgens de cellen om te zien welk effect, indien van toepassing, de verschillende mutaties hadden. Afwijkingen als gevolg van een specifieke mutatie zouden suggereren wat de rol van de niet-gemuteerde versie was. Om dit te doen, ze gebruikten een genetische truc, door de cellen te overspoelen met elk gemuteerd eiwit, en op zoek naar het zeldzame mutante eiwit dat de celfunctie zou kunnen verstoren, omdat hun eerdere werk had aangetoond dat dit zich bij voorkeur op het eiwitoppervlak zou richten.

Het team van Lundblad ontdekte via deze aanpak vier functies voor Est1. Aantasting van een van deze vier functies door mutaties in Est1's oppervlakte-aminozuren, vonden de wetenschappers, resulteerde in cellen met kritisch korte telomeren, met vermelding van specifieke rollen voor de Est1-contacten in het telomerasecomplex.

"Wat ons enthousiast maakt over deze techniek, is dat het kan worden toegepast op tal van eiwitten, ", zegt Lundblad. "In het bijzonder, veel therapeutische geneesmiddelen zijn afhankelijk van toegang tot een zeer specifieke locatie op een eiwitoppervlak, waarvan we vermoeden dat ze met deze methode kunnen worden ontdekt."

Met behulp van deze aanpak, haar team heeft al nieuwe functies ontdekt voor een set eiwitten die de stabiliteit van het genoom reguleren, en heeft ook subsidies aangevraagd om onderzoek naar medicijndoelen te financieren.