Новости и мнения

Добавлены слои сложности протеома

Ученые обнаруживают широкий спектр альтернативно сплайсированных вариантов белка человека в хорошо изученном семействе генов.

В человеческом протеоме может быть больше, чем считалось ранее. Известно, что некоторые гены имеют несколько различных альтернативно сплайсированных вариантов белка, но Пол Шиммель из Научно-исследовательского института Scripps в настоящее время обнаружил почти 250 вариантов сплайсинга белка существенного, эволюционно консервативного семейства человеческих генов. Результаты были опубликованы сегодня (17 июля) в журнале Science .

Сосредоточившись на семействе аминоацил-тРНК-синтетаз (AARS), состоящем из 20 генов, группа исследователей зафиксировала транскрипты AARS из тканей человека – некоторые эмбриональные, некоторые взрослые – и показала, что многие из этих промежуточных РНК (мРНК) транслировались в белки. Предыдущие исследования идентифицировали несколько вариантов сплайсинга этих ферментов, которые имеют новые функции, но обнаружение такого большого количества вариантов было неожиданным, сказал Шиммель. Большинство из этих новых белковых продуктов лишены каталитического домена, но сохраняют другие некаталитические функциональные домены AARS.

«Суть в том, что была открыта огромная новая область биологии, ранее пропущенная», – сказал Шиммель.

«Это невероятное исследование, которое в корне меняет то, как мы смотрим на механизм синтеза белка», – сказал The Scientist по электронной почте Майкл Ибба , исследователь перевода белка из Университета штата Огайо, который не принимал участия в работе. «Неожиданные и потенциально обширные расширенные функциональные сети, появившиеся в результате этого исследования, могут оказать влияние практически на любой аспект роста клеток».

Команда, в которую вошли исследователи из Гонконгского университета науки и технологии, Стэнфордского университета и aTyr Pharma, биотехнологической компании из Сан-Диего, соучредителем которой стал Шиммель, – всесторонне отобрала и секвенировала мРНК AARS из шести типов тканей человека, используя Пропускная способность глубокого секвенирования. Хотя многие из транскриптов были экспрессированы в каждой ткани, была также определенная тканевая специфичность.

Затем команда показала, что часть этих транскриптов, в том числе отсутствующих в каталитическом домене, действительно приводит к стабильным белковым продуктам: 48 из этих вариантов сплайсинга связаны с полисомами. Анализы трансляции in vitro и экспрессия более 100 таких вариантов в клетках подтвердили, что многие из этих вариантов могут быть превращены в стабильные белковые продукты.

Ферменты AARS, из которых по одному на каждую из 20 аминокислот, объединяют аминокислоту с ее соответствующей молекулой РНК-переносчика (тРНК). Эта реакция позволяет рибосоме добавлять аминокислоту в растущую пептидную цепь во время трансляции белка. Ферменты AARS могут быть найдены во всех живых организмах и считаются одними из первых белков, появившихся на Земле.

Чтобы понять, обладают ли эти некаталитические белки уникальной биологической активностью, исследователи экспрессировали и очищали рекомбинантные фрагменты AARS, проверяя их в клеточных анализах на пролиферацию, дифференцировку клеток и регуляцию транскрипции, среди других фенотипов. «Мы просмотрели десятки биологических анализов и обнаружили, что эти варианты действуют во многих сигнальных путях», – сказал Шиммель.

«Это интересная находка, которая вписывается в существующую парадигму, согласно которой во многих случаях один ген обрабатывается различными способами [в клетке] для получения альтернативных функций», – сказал Стивен Бреннер , исследователь вычислительной геномики в Университете Калифорнии. Беркли.

В настоящее время команда более детально исследует потенциально уникальные роли этих вариантов белкового сплайсинга – как в ткани человека, так и в модельных организмах. Например, пока не ясно, связывается ли какой-либо из этих вариантов непосредственно тРНК.

«Я думаю, что [эти белки] будут играть некоторые биологические роли», – сказал Тао Пан , который изучает функциональные роли тРНК в Чикагском университете. «Я очень оптимистичен, что интересные биологические функции появятся в будущих исследованиях этих вариантов».

Бреннер согласился. «Могут быть очень разные биологические роли [для некоторых из этих белков]. Таким образом, биология очень креативна, она способна генерировать самые разнообразные новые функции, используя комбинации существующих белковых доменов ». Однако низкая распространенность этих вариантов, вероятно, ограничит их потенциальные клеточные функции, отметил он.

Поскольку AARS являются одними из самых старых белков, эти древние ферменты, вероятно, со временем претерпели множество изменений, говорит Карин Мюзье-Форсайт , которая изучает трансляцию белков в Университете штата Огайо. Согласно Musier-Forsyth, уже известно, что синтетазы имеют нетрансляционные функции и дифференциальные локализации. «Подобно добавлению посттрансляционных модификаций, вариация сплайсинга превратилась в еще один способ изменить функцию белка», – сказала она.

Один из вариантов белка был способен стимулировать образование волокон скелетных мышц ex vivo и активировать гены, участвующие в дифференцировке и метаболизме мышечных клеток в первичных миобластах скелета человека. «Это было действительно поразительно», – сказал Мусье-Форсайт. «Это говорит о том, что, возможно, пептиды, полученные из этих вариантов сплайсинга, могут быть использованы в качестве белковых терапевтических средств для различных заболеваний».

WS Lo et al., «Каталитические нули человеческой тРНК-синтетазы с различными функциями», Science , doi : 10.1126 / science.1252943, 2014.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *