Ongeveer 70% van alle menselijke eiwitten bevat ten minste één sequentie die bestaat uit een enkel aminozuur dat vele malen wordt herhaald, met een paar andere aminozuren erin. Deze "regio's met een lage complexiteit" worden ook in de meeste andere organismen aangetroffen.

De eiwitten die deze sequenties bevatten, hebben veel verschillende functies, maar MIT-biologen hebben nu een manier bedacht om ze als een verenigde groep te identificeren en te bestuderen. Hun techniek stelt hen in staat overeenkomsten en verschillen tussen LCR's van verschillende soorten te analyseren, en helpt hen de functies van deze sequenties en de eiwitten waarin ze worden gevonden te bepalen.

Met behulp van hun techniek hebben de onderzoekers alle eiwitten geanalyseerd die voorkomen in acht verschillende soorten, van bacteriën tot mensen. Ze ontdekten dat hoewel LCR's kunnen variëren tussen eiwitten en soorten, ze vaak een vergelijkbare rol delen:het helpen van het eiwit waarin ze worden gevonden om lid te worden van een grotere schaal, zoals de nucleolus, een organel dat in bijna alle menselijke cellen wordt aangetroffen.

"In plaats van te kijken naar specifieke LCR's en hun functies, die misschien gescheiden lijken omdat ze bij verschillende processen betrokken zijn, stelt onze bredere benadering ons in staat om overeenkomsten tussen hun eigenschappen te zien, wat suggereert dat de functies van LCR's misschien toch niet zo verschillend zijn ', zegt Byron Lee, een afgestudeerde MIT-student.

De onderzoekers vonden ook enkele verschillen tussen LCR's van verschillende soorten en toonden aan dat deze soortspecifieke LCR-sequenties overeenkomen met soortspecifieke functies, zoals het vormen van plantencelwanden.

Lee en afgestudeerde student Nima Jaberi-Lashkari zijn de hoofdauteurs van de studie, die vandaag verschijnt in eLife . Eliezer Calo, een assistent-professor biologie aan het MIT, is de hoofdauteur van het artikel.

Grootschalig onderzoek

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat LCR's betrokken zijn bij een verscheidenheid aan cellulaire processen, waaronder celadhesie en DNA-binding. Deze LCR's zijn vaak rijk aan één enkel aminozuur, zoals alanine, lysine of glutaminezuur.

Het vinden van deze sequenties en het vervolgens afzonderlijk bestuderen van hun functies is een tijdrovend proces, dus besloot het MIT-team om bio-informatica te gebruiken - een benadering die computationele methoden gebruikt om grote sets biologische gegevens te analyseren - om ze als een grotere groep te evalueren.

"Wat we wilden doen, is een stap terug doen en in plaats van naar afzonderlijke LCR's te kijken, proberen ze allemaal te bekijken en te zien of we patronen op grotere schaal kunnen waarnemen die ons kunnen helpen erachter te komen wat de degenen die functies hebben toegewezen, doen, en helpen ons ook een beetje te leren over wat degenen die geen functies hebben toegewezen, doen", zegt Jaberi-Lashkari.

Om dat te doen, gebruikten de onderzoekers een techniek genaamd dotplot-matrix, een manier om aminozuursequenties visueel weer te geven, om afbeeldingen van elk onderzocht eiwit te genereren. Vervolgens gebruikten ze computationele beeldverwerkingsmethoden om duizenden van deze matrices tegelijkertijd te vergelijken.

Met behulp van deze techniek konden de onderzoekers LCR's categoriseren op basis van welke aminozuren het vaakst in de LCR werden herhaald. Ze hebben ook LCR-bevattende eiwitten gegroepeerd op het aantal kopieën van elk LCR-type dat in het eiwit wordt aangetroffen. Door deze eigenschappen te analyseren, kwamen de onderzoekers meer te weten over de functies van deze LCR's.

Als een demonstratie kozen de onderzoekers een menselijk eiwit, bekend als RPA43, dat drie lysine-rijke LCR's heeft. Dit eiwit is een van de vele subeenheden waaruit het enzym RNA-polymerase 1 bestaat, dat ribosomaal RNA synthetiseert. De onderzoekers ontdekten dat het aantal kopieën van lysinerijke LCR's belangrijk is om het eiwit te helpen integreren in de nucleolus, het organel dat verantwoordelijk is voor het synthetiseren van ribosomen.

Biologische samenstellingen

In een vergelijking van de eiwitten die in acht verschillende soorten worden gevonden, ontdekten de onderzoekers dat sommige LCR-typen sterk geconserveerd zijn tussen soorten, wat betekent dat de sequenties in de loop van de evolutionaire tijdschalen zeer weinig zijn veranderd. Deze sequenties worden meestal gevonden in eiwitten en celstructuren die ook sterk geconserveerd zijn, zoals de nucleolus.

"Deze sequenties lijken belangrijk te zijn voor de assemblage van bepaalde delen van de nucleolus", zegt Lee. "Sommige van de principes waarvan bekend is dat ze belangrijk zijn voor assemblage van hogere orde lijken een rol te spelen, omdat het aantal kopieën, dat kan bepalen hoeveel interacties een eiwit kan maken, belangrijk is voor het eiwit om in dat compartiment te integreren."

De onderzoekers vonden ook verschillen tussen LCR's in twee verschillende soorten eiwitten die betrokken zijn bij de assemblage van nucleolus. Ze ontdekten dat een nucleolair eiwit dat bekend staat als TCOF veel glutaminerijke LCR's bevat die de vorming van assemblages kunnen ondersteunen, terwijl nucleolaire eiwitten met slechts enkele van deze glutaminezuurrijke LCR's als klanten kunnen worden gerekruteerd (eiwitten die interageren met de scaffold ).

Een andere structuur die veel geconserveerde LCR's lijkt te hebben, is de nucleaire spikkel, die zich in de celkern bevindt. De onderzoekers vonden ook veel overeenkomsten tussen LCR's die betrokken zijn bij het vormen van grotere assemblages, zoals de extracellulaire matrix, een netwerk van moleculen dat structurele ondersteuning biedt aan cellen in planten en dieren.

Het onderzoeksteam vond ook voorbeelden van structuren met LCR's die tussen soorten lijken te verschillen. Planten hebben bijvoorbeeld onderscheidende LCR-sequenties in de eiwitten die ze gebruiken om hun celwanden te ondersteunen, en deze LCR's worden niet gezien in andere soorten organismen.

De onderzoekers zijn nu van plan hun LCR-analyse uit te breiden naar andere soorten.

"Er is zoveel te ontdekken, omdat we deze kaart kunnen uitbreiden naar vrijwel elke soort", zegt Lee. "Dat geeft ons de mogelijkheid en het raamwerk om nieuwe biologische samenstellingen te identificeren." + Verder verkennen

Eiwit onthuld als lijm die biomoleculen in de nucleolus vasthoudt

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.