Ученые, которые сообщают о своем открытии посттрансляционной модификации актина в Science Advances, считают, что их открытие проливает свет на построение жизни – аналогично пониманию того, как рождается звезда или образуется черная дыра. Эта фундаментальная информация может потенциально использоваться при исследованиях широкого спектра заболеваний, включая синдромы мышечной слабости и иммунодефицита, вызванные дефектами или недостаточностью актина.
Исследование показывает, как модифицируется актин, и должно ускорить дальнейшие исследования того, как актин работает и регулируется в клетках. Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию и другие передовые методы, чтобы выявить структуру актина на атомном уровне, поскольку она модифицируется партнерским ферментом во время присоединения кластера атомов, называемого ацетильной группой, в начале цепи аминокислоты, образующие белок.
Модификация, называемая N-концевым ацетилированием, может происходить в подавляющем большинстве белков человека и, как полагают, выполняет важные биологические функции. Однако в случае с актином эти функции не совсем ясны.
Полученные данные также проливают свет на общую биологию N-концевого ацетилирования.
Фактически, это первый раз, когда структура любого белка в атомном масштабе, когда он модифицируется таким образом, была определена.
«Это фундаментальные открытия, которые расширяют наше понимание того, как работает актин, а также как работает N-концевое ацетилирование», – сказал старший автор исследования Роберто Домингес, доктор философии, президентский профессор физиологии Университета Пенсильвании Уильям Мол Мизи.
Важность актина подчеркивается тем фактом, что в клетках млекопитающих это самый распространенный белок в цитоплазме, пространстве за пределами ядра. Он наиболее известен тем, что формирует кабелеобразные структуры, называемые нитями, которые составляют большую часть поддерживающего «скелета» клеток, а также играют ключевую роль в делении клеток и в их способности перемещаться в тканях.
N-концевое ацетилирование может происходить в актине, как и в более чем 80 процентах белков человека, и, по-видимому, помогает регулировать способность актина образовывать филаменты. Однако точные функции этой модификации никогда не были ясны, и ученые – группа во главе с Домингесом и группа сотрудников из Бергенского университета в Норвегии во главе с доктором Доктором.
Томас Арнесен – только в 2018 году открыл фермент, катализирующий N-концевое ацетилирование актина.
Этот фермент, NAA80, является одним из семи ферментов, которые выполняют N-концевое ацетилирование белков человека, но он особенный, поскольку работает только с актином. В новом исследовании Домингес и Арнесен и их коллеги продолжили свое открытие NAA80, изучив, как он избирательно действует на актин среди тысяч других белков в клетке.
Одним из ключевых открытий было то, что NAA80 не распознает и не ацетилирует актин, когда белок собирается в филаменты. Он ацетилирует актин, когда он существует в виде отдельной молекулы, называемой мономером.
Однако наиболее эффективное N-концевое ацетилирование происходит, когда актин связан с другим белком, называемым профилином – известным партнером актина, и тот, который тесно участвует в образовании актиновых нитей, и, как актин, также очень распространен в клетке.
«Для нас было неожиданностью обнаружить, что этот белок, NAA80, по-видимому, эволюционировал, чтобы распознавать не только актин, но и комплекс профилин-актин», – говорит Домингес. «Это предполагает, что профилин играет роль« шаперона », который позволяет актину ацетилироваться на N-конце до образования филаментов."
Команда использовала рентгеновскую кристаллографию, чтобы построить изображение этого трехкомпонентного комплекса актин-профилин-NAA80 в атомном масштабе.
Это первый раз, когда ученым удалось определить атомную структуру N-ацетилтрансферазы в процессе добавления ацетильной группы к другому белку.
Достижение показало, как особая структура NAA80 позволяет ему специфически распознавать и ацетилировать все шесть вариантов или «изоформ» актина, которые встречаются в клетках человека, – даже несмотря на то, что сайт белка, где эти варианты актина различаются, также является сайтом, в котором NAA80 ацетилаты.
«Структурные и функциональные особенности, которые мы обнаружили в этом исследовании, также объясняют, как NAA80 выполняет N-концевое ацетилирование только актина, а не других белков», – сказал Домингес.
Исследование представляет собой фундаментальный прогресс в клеточной биологии, но, в целом, по мере того, как ученые разрабатывают более подробную картину функций и динамики актина в клетках, они лучше поймут многие расстройства, при которых эти функции и динамика нарушены.
К ним относятся функции мышц и сердца, развитие тканей и движение многочисленных патогенов и раковых клеток во время метастазирования.