Svaki biolog zna da male strukture ponekad mogu imati veliki uticaj: milioni signalnih molekula, hormona i drugih biomolekula vrve u našim ćelijama i tkivima, igrajući vodeću ulogu u mnogim ključnim procesima koji se dešavaju u našim telima. Ipak, uprkos ovom saznanju, biolozi i lekari dugo su ignorisali određenu klasu proteina – njihova pretpostavka je da su zato što su proteini tako mali i pronađeni samo kod primata, beznačajni i nefunkcionalni.
Otkrića profesora Norberta Hubnera iz Centra Maks Delbrik i dr Sebastijana van Heeša iz Centra za pedijatrijsku onkologiju Princeze Maksime u Holandiji promenila su ovo gledište pre nekoliko godina. „Mi smo bili prvi koji su dokazali postojanje hiljada novih mikroproteina u ljudskim organima“, kaže Hubner.
U novom radu objavljenom u Molecular Cell, tim koji predvode Hubner i van Heesch sada opisuje kako su sistematski proučavali ove mini-proteine i šta su naučili od njih. „Uspeli smo da pokažemo u kojim sekvencama genoma su kodirani proteini i kada su se DNK mutacije dogodile u njihovoj evoluciji“, objašnjava dr Horhe Ruiz-Orera, evolucioni biolog u Hubnerovoj laboratoriji i jedan od tri glavna autora rada, koji rade u Centru Maks Delbrik i Nemačkom centru za kardiovaskularna istraživanja (DZHK). Ruiz-Orerine bioinformatičke analize gena otkrile su da se većina ljudskih mikroproteina razvila milionima godina kasnije u evolucionom procesu od većih proteina koji su trenutno poznati naučnicima.
Ipak, čini se da ogromna razlika u godinama ne sprečava proteine da „razgovaraju“ jedni sa drugima. „Naši laboratorijski eksperimenti su pokazali da mladi i stari proteini mogu da se vežu jedni za druge — i da na taj način mogu uticati jedni na druge“, kaže glavni autor dr Jana Šulc, istraživač u Hubnerovom timu i u DZHK-u. Ona stoga sumnja da, suprotno dugotrajnim pretpostavkama, mikroproteini igraju ključnu ulogu u različitim ćelijskim funkcijama. Mladi proteini takođe mogu biti u velikoj meri uključeni u evolutivni razvoj zahvaljujući relativno brzim „inovacijama i adaptacijama“.
„Moguće je da je evolucija dinamičnija nego što se ranije mislilo“, kaže van Heesch.
Istraživači su bili iznenađeni kada su otkrili da znatno mlađi mikroproteini mogu da komuniciraju sa mnogo starijom generacijom. Ovo zapažanje potiče od eksperimenata izvedenih korišćenjem metode biotehničkog skrininga razvijene u Centru Maks Delbrik 2017. godine. U saradnji sa dr Filipom Mertinsom i Proteomičkom platformom, koju Centar Maks Delbrik radi zajedno sa berlinskim institutom za zdravlje u Šarite (BIH) , mini-proteini su sintetizovani na membrani i zatim inkubirani sa rastvorom koji sadrži većinu proteina za koje se zna da postoje u ljudskoj ćeliji. Sofisticirane eksperimentalne i kompjuterski potpomognute analize su zatim omogućile istraživačima da identifikuju pojedinačne parove vezivanja.
„Ako se mikroprotein vezuje za drugi protein, to ne znači nužno da će uticati na rad drugog proteina ili na procese u koje je protein uključen“, kaže Šulc.
Međutim, sposobnost vezivanja ukazuje na to da proteini mogu uticati na međusobno funkcionisanje. Prvi ćelijski eksperimenti sprovedeni u Centru Maks Delbrik u saradnji sa profesorima Majklom Gotardom i Tomasom Vilnovom potvrđuju ovu pretpostavku. Ovo navodi Ruiz-Oreru da sumnja da bi mikroproteini „mogli uticati na ćelijske procese koji su milionima godina stariji nego što jesu, jer su neki stari proteini bili prisutni u najranijim oblicima života“.
Za razliku od poznatih, starih proteina koji su kodirani u našem genomu, većina mikroproteina se pojavila manje-više „niotkuda – drugim rečima, iz DNK regiona koji ranije nisu imali zadatak da proizvode proteine“, kaže Ruiz-Orera. Mikroproteini stoga nisu išli „konvencionalnim“ i mnogo lakšim putem kopiranja i dobijanja iz postojećih verzija. I pošto su se ovi mali proteini pojavili tek tokom ljudske evolucije, oni nedostaju u ćelijama većine drugih životinja, kao što su miševi, ribe i ptice. Međutim, otkriveno je da ove životinje poseduju sopstvenu kolekciju mladih, malih proteina.
Tokom svog rada, istraživači su otkrili i najmanje ljudske proteine do sada identifikovane. „Pronašli smo preko 200 super-malih proteina, od kojih su svi manji od 16 aminokiselina“, kaže dr Klara Sandman, treći vodeći autor studije. Amino kiseline su jedini gradivni blokovi proteina. Sandman kaže da ovo postavlja pitanje koliko mali protein može biti – ili bolje rečeno, koliko veliki mora biti da bi mogao da funkcioniše. Obično se proteini sastoje od nekoliko stotina aminokiselina.
Mali proteini koji su već bili poznati naučnicima poznati su kao peptidi i funkcionišu kao hormoni ili signalni molekuli. Nastaju kada se odvoje od većih proteina prekursora. „Naš rad sada pokazuje da se peptidi slične veličine mogu razviti na drugačiji način“, kaže Sandman. Ovi najmanji od malih proteina takođe se mogu veoma specifično vezati za veće proteine – ali ostaje nejasno da li mogu da postanu hormoni ili slično: „Još ne znamo šta većina ovih mikroproteina radi u našem telu“, kaže Sandman .
Ipak, studija daje naslutiti za šta su molekuli sposobni: „Ovi početni nalazi otvaraju brojne nove mogućnosti istraživanja“, kaže van Heesch. Jasno je da su mikroproteini previše važni za istraživače da bi ih ignorisali. Van Heesch kaže da su biomolekularne i medicinske istraživačke zajednice veoma oduševljene ovim novim otkrićima.
Jedan zamisliv scenario bi bio „da su ovi mikroproteini uključeni u kardiovaskularne bolesti i rak, pa bi se stoga mogli koristiti kao nove mete za dijagnostiku i terapiju“, kaže Hubner.
Nekoliko američkih biotehnoloških kompanija već radi istraživanja u ovom pravcu. A tim koji stoji iza ovog dokumenta takođe ima velike planove: njihova studija je istraživala 281 mikroprotein, ali sada je cilj da se eksperimenti prošire kako bi uključili mnogo više od 7.000 nedavno katalogizovanih mikroproteina – u nadi da će ovo otkriti mnoge još uvek- neotkrivene funkcije.
