Een nieuwe studie door onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison identificeerde de structurele basis voor hoe strak gebonden eiwitcomplexen uit elkaar worden gebroken om te worden geïnactiveerd. De structuur verklaart waarom de complexen minder actief zijn bij sommige kankers en neurodegeneratieve ziekten, en biedt een startpunt om medicijndoelen te identificeren om het te reactiveren.

Naarmate we groeien, onze cellen reageren op strak gereguleerde signalen die hen vertellen te groeien en te delen totdat ze zich moeten ontwikkelen tot gespecialiseerde weefsels en organen. De meeste volwassen cellen zijn gespecialiseerd, en ze reageren correct op signalen die hen vertellen te stoppen met groeien. Kankers kunnen zich ontwikkelen wanneer er iets misgaat met die signalen.

Een voorbeeld van zo'n "stop en specialiseer"-signaal wordt gevonden met de eiwitcomplexen die bekend staan ​​​​als PP2A. Er zijn ongeveer 100 bekende PP2A-complexen, en samen wordt geschat dat ze bijna een derde van alle cellulaire eiwitten reguleren. Deze complexen bestaan ​​uit een kern die inactief is totdat deze zich vermengt en matcht met een van de verschillende specificiteitseiwitten om stevig gebonden, actieve PP2A-complexen. Actief PP2A gebruikt die specificiteitspartners om zijn doelen te vinden - meestal pro-groei-eiwitten - en inactiveert ze. PP2A is een kritische cue, dan, bij het onder controle houden van de celgroei en het in stand houden van normale neurologische functies. Niet verrassend, het is gemuteerd in veel kankers en neurologische aandoeningen.

"We weten veel over hoe actieve PP2A-complexen zich vormen en identificeren steeds meer van hun doelen in cellen, maar we weten heel weinig over hoe ze worden geïnactiveerd, " legt Yongna Xing uit, een universitair hoofddocent oncologie bij het UW Carbone Cancer Center en McArdle Laboratory for Cancer Research en de senior auteur van een nieuwe studie die vandaag is gepubliceerd (22 december, 2017) in Natuurcommunicatie . "Het is een zeer strak gehouden complex, het is bijna als een rots, maar er moet een manier zijn om het te doorbreken."

Xing's eerdere werk toonde aan dat PP2A inactief is wanneer een regulerend eiwit, 4, is bijgevoegd. Echter, wanneer actieve PP2A-complexen werden uitgedaagd met 4, ze bleven actief, wat betekent dat er een andere trigger moest zijn die het complex uit elkaar brak.

In de nieuwe studie Xing en haar collega's identificeren die trigger als het eiwit TIPRL. Toen ze actieve PP2A-complexen uitdaagden met 4 en TIPRL, de complexen vielen uiteen. Volgende, ze bepaalden de driedimensionale structuur van TIRPL met PP2A via een techniek die bekend staat als röntgenkristallografie.

"De structuur laat zien hoe TIPRL actieve PP2A-complexen kan aanvallen, ook al heeft het een veel lagere affiniteit dan de specificiteitssubeenheden voor PP2A-kern, " zegt Xing. "Met de structuur konden we identificeren hoe TIRPL het complex kan aanvallen, de conformatie veranderen en, samen met 4, laat het stevig uit elkaar vallen. Het was moeilijk voor te stellen hoe dit proces zou kunnen verlopen zonder structurele inzichten."

Als we PP2A zien als een elektrische schroevendraaier, de bevindingen hebben veel praktische zin. Het kerneiwit is de gemotoriseerde basis, en de specificiteitseiwitten - degenen die mixen en matchen om PP2A te helpen het juiste doelwit te vinden - zijn de schroefkoppen. Als u wilt overschakelen van een kruiskopschroevendraaier naar een platte schroevendraaier, je gooit niet het hele elektrische schroevendraaiercomplex weg en koopt een nieuwe; in plaats daarvan maakt u een schroefkop los en bevestigt u een andere. evenzo, het kost een cel energie om het hele PP2A-complex af te breken, dus de rol van TIPRL is om het specificiteitseiwit los te maken en de PP2A-kern te recyclen.

Een van de interessantere bevindingen van de structuur was hoe flexibel TIRPL wordt vergeleken met de specificiteitssubeenheden, wat de onderzoekers ertoe aanzet te vragen hoe PP2A-mutaties die vaak worden gezien bij kankerpatiënten, de TIPRL-binding beïnvloeden. Met behulp van een normale of PP2A-kern die deze mutaties bevat, ze maten hoe goed TIPRL en de specificiteitssubeenheden eraan kunnen binden. Ze ontdekten dat de kernmutaties bijna geen effect hebben op TIPRL-binding, maar ze verzwakken de binding van specificiteitseiwitten drastisch. Deze mutaties, dan, waarschijnlijk een verschuiving veroorzaken van actieve PP2A-complexen naar de gedemonteerde en inactieve vorm.

"Bij veel ziekten waaronder kankers en neurodegeneratieve ziekten, PP2A is over het algemeen minder actief, vaak door mutaties, "Xing merkt op. "Deze structuur helpt verklaren hoe die mutaties leiden tot downregulatie van PP2A door de balans te verschuiven naar TIPRL-geïnduceerde complexe dissociatie."

Met de structuur in de hand, Xing verwacht de cyclus van activering en inactivering van PP2A beter te kunnen begrijpen, en hoe het de celgroei reguleert.

"Bijvoorbeeld, van actief PP2A is bekend dat het K-ras remt, een eiwit dat de groei van veel tumoren stimuleert en momenteel geen goede klinische remmers heeft, " zegt Xing. "Als je een manier kunt vinden om PP2A opnieuw te activeren, het kan heel belangrijk zijn bij de behandeling van die kankers."