Otpadni sistem živih ćelija, proteasom, ne samo da uništava iskorišćene ili oštećene proteine, on takođe podržava imuni sistem prepoznavanjem virusno inficiranih ili kancerogenih ćelija tako što proizvodi fragmente proteina, takozvane imunopeptide.
U međunarodnoj saradnji, istraživači predvođeni Juliane Liepe sa Instituta Maks Plank (MPI) za multidisciplinarne nauke sada su simulirali razgradnju proteina proteazomom u laboratoriji i identifikovali i kvantifikovali proizvedene peptide. U budućnosti, rezultujući skup podataka mogao bi da pomogne u predviđanju imunopeptida i razvoju novih vakcina protiv zaraznih bolesti ili raka.
Cirkularna ekonomija i reciklaža su vruće teme u današnjem svetu. Žive ćelije su već usavršile ono što često ne teče glatko u našem svakodnevnom životu. Proteasom — biljka za reciklažu ćelija — razgrađuje proteine koji više nisu potrebni ili neispravni. Dobijeni peptidi se zatim mogu koristiti kao komponente za nove proteine ili preneti na površinu ćelije, gde služe kao „signalne zastavice“ za naš imuni sistem.
Određene imune ćelije proveravaju da li su ove peptidne „zastavice“ endogene ili strane. „Oni prepoznaju nepoznate peptide i znaju: Ovde nešto nije u redu! Ćelije našeg imunološkog sistema mogu tako da razlikuju zdrave i zaražene ili kancerogene ćelije“, objašnjava Juliane Liepe, vođa istraživačke grupe na MPI za multidisciplinarne nauke. Imuni sistem tada može uništiti zaražene ćelije ili ćelije raka.
Međutim, proteasom ne samo da razlaže proteine na manje peptide. Takođe može ponovo sastaviti nekoliko njih. Ovaj proces se naziva spajanje peptida. Značajan broj peptida predstavljenih imunološkom sistemu su takve spojene varijante.
Liepeova istraživačka grupa za kvantitativnu i sistemsku biologiju posebno je zainteresovana za to koji spojeni peptidi doprinose imunološkoj odbrani i prema kojim pravilima ih proteasom generiše. „Na primer, ako znamo spojene tumorske peptide koje ćelije raka predstavljaju imunološkom sistemu, možda bi bilo moguće da ih koristimo za imunoterapije u budućnosti. Da bismo to uradili, moramo da znamo koje specifične peptide proizvodi proteasom i koje značenje oni predstavljaju. medved“, objašnjava bioinformatičar.
Da bi bolje razumeli proces spajanja peptida, istraživači su koristili laboratorijske eksperimente kako bi pokazali kako proteasom razgrađuje čitave proteine i odredili proizvedene peptide kvalitativno i kvantitativno.
Za ovaj obimni projekat, istraživački tim je blisko sarađivao sa naučnicima sa Instituta Francis Crick i King’s College London (UK), Nacionalnog univerziteta u Singapuru i timovima koje su predvodili Stefan Becker, Ashvin Chari i Henning Urlaub na MPI. Zajedno su uspeli da generišu najveći poznati skup podataka o peptidima proizvedenim od proteina od strane proteazoma u laboratorijskim uslovima.
Pored biohemijskih eksperimenata i metoda masene spektrometrije, istraživači su koristili računarske metode, delimično zasnovane na mašinskom učenju. „Između ostalog, razvili smo nove kompjuterske programe za identifikaciju i kvantifikaciju nespajanih i spojenih peptida“, opisuje Liepe.
Uz pomoć svojih podataka, naučnici su otkrili neke od tajni proteazoma. Ni sečenje ni spajanje peptida se ne dešava slučajno. „Otkrili smo da proteasom više voli da obrađuje određene proteinske oblasti“, objašnjava Mišel Mišto, šef londonske istraživačke grupe.
„Ovo je delimično zbog preferencija proteazoma za specifične sekvence proteinskih komponenti“, izveštava Vai Tuck Soh.
„Takođe smo otkrili jasne karakteristike koje razlikuju spojene od nespajsovanih peptida“, dodaje Hana Rotschke, koja je – pored Soha i Johna Cormicana – prvi autor rada objavljenog u Nature Communications.
„Ako znamo kako proteasom generiše imunopeptide, možemo predvideti spajanje peptida. U budućnosti, ova predviđanja bi, zauzvrat, mogla da pomognu u razvoju novih vakcina protiv raka ili zaraznih bolesti“, navodi Liepe.
