„Ko će posmatrati posmatrače? upitao je rimski pesnik Juvenal još u prvom veku naše ere. Priroda se bavi tim pitanjem mnogo, mnogo duže. Ljudsko telo sadrži proteine koji su dizajnirani da nas zaštite od kancerogenih izraslina.
Kao i većina proteina, da bi pravilno obavili svoj posao, ovi „čuvari“ moraju da se sklope u specifičnu trodimenzionalnu strukturu — a za to im je često potrebna ruka pomoći. Stoga, ove čuvare čuvaju proteini šaperona — molekuli koji obezbeđuju da se proteini pravilno savijaju kako bi mogli da funkcionišu kako bi trebalo.
Povremeno, genetske mutacije u proteinima čuvara mogu ih pretvoriti iz inhibitora u promotere raka. Nesposobni da razaznaju promenu, pratioci koji ih čuvaju, nažalost, pružaju im istu pomoć kao i za obične proteine.
U novoj studiji, dr Rina Rozencvajg i njen istraživački tim na Vajcman institutu za nauku otkrili su mehanizam kojim pratioci štite protein sa mutacijom raka. Njihovi nalazi, objavljeni u časopisu Molekularna ćelija, mogli bi utrti put za razvoj novih, ciljanih tretmana raka.
Jedna od najčešćih porodica pratioca je porodica proteina J-domena (JDP). Tokom proteklih nekoliko decenija, istraživači su otkrili da ima oko 50 različitih predstavnika u ljudskom telu.
Njihove funkcije uključuju identifikaciju proteina koji nisu pravilno presavijeni ili u kojima se struktura raspala i njihovo slanje na ponovno savijanje uz pomoć drugih pratilaca. Između ostalih zadataka, članovi porodice JDP pomažu u savijanju proteina p53, koji je poznat kao „čuvar genoma“.
U svom redovnom obliku, ovaj čuvar genoma inhibira kancerogene izrasline, ali male genetske promene koje zamenjuju jednu od njegovih sastavnih aminokiselina mogu dovesti do toga da umesto toga promoviše rak. Prethodne studije su pokazale da čuvari čuvara genoma – to jest, pratioci – pružaju zaštitu ne samo pravilnom funkcionisanju p53, već i njegovoj kancerogenoj verziji.
Šaperoni stabilizuju nestabilnu strukturu kancerogenih proteina i sprečavaju ih da se prianjaju jedni za druge i formiraju neuređene agregate koje bi ćelije normalno uočile i demontirale, da nije bilo te pomoći.
Čini se, stoga, da bi pratioci mogli biti dobra meta za razvoj novih terapija raka. Međutim, pošto oni pružaju pomoć velikom broju proteina u ćeliji, oštećenje pratioca može dovesti do ozbiljnog sekundarnog oštećenja.
Istraživači iz Rozencvajgove laboratorije na Odeljenju za hemijsku i strukturnu biologiju na čelu sa dr Gajem Zoltsmanom, uz učešće Miriam Kucherski i dr Ofrah Faust, pretpostavili su da proučavanje članova porodice JDP koji pružaju pomoć kanceroznim verzijama proteina p53 može otkriti nova meta za fokusirani tretman raka.
Prvi korak je bio da se tačno identifikuje koji članovi porodice pomažu mutiranom, kancerogenom p53. Da bi to uradili, istraživači su ispitali četiri grupe proteina iz porodice JDP za koje se pokazalo da imaju uticaj na napredovanje raka. Ovi eksperimenti su otkrili da su samo proteini šaperona iz klase A, posebno onaj koji se zove DNAJA2, pomogli mutiranom p53.
Ovi nalazi su takođe verifikovani u ćelijama raka, zahvaljujući zajedničkom istraživačkom projektu sa laboratorijom prof. Bernda Bukaua iz Nemačkog centra za istraživanje raka (DKFZ) u Hajdelbergu. Ali kako DNAJA2 identifikuje i štiti kancerozni protein p53?
Koristeći najsavremeniju tehnologiju nuklearne magnetne rezonance (NMR) na Veizman-ovom institutu Clore za snimanje i spektroskopiju magnetne rezonance visokog polja, istraživači su uspeli da otkriju mehanizam delovanja DNAJA2.
Većina proteina u ćeliji je stvorena kao molekularni lanci koji se sami savijaju u trodimenzionalnu strukturu u kojoj se komponente koje vole vodu nalaze na spoljašnjoj strani strukture proteina, okrenute prema tečnom okruženju ćelije, dok se komponente koje odbijaju vodu nalaze u unutrašnjem delu proteina.
U normalnim okolnostima, identifikacijom vodoodbojnih oblasti koje su postale izložene na površini proteina, pratioci mogu prepoznati protein koji se nije pravilno presavio ili je izgubio normalan trodimenzionalni oblik.
„Za razliku od ostalih pratilaca, DNAJA2 se vezuje za p53 kada je skoro potpuno presavijen“, objašnjava Rozencvajg. „Ispostavilo se da je sposoban da identifikuje proteine u kojima je trodimenzionalna struktura tek počela da se raspada – mnogo pre nego što su čitave unutrašnje oblasti izložene.“
Koristeći NMR, istraživači su mogli da analiziraju interakciju između DNAJA2 i p53 proteina do nivoa pojedinačnih atoma. Ovo je otkrilo da se delovi šaperona nalik na ukosnice — koji su stoga poznati kao β-ukosnice (beta ukosnice) — pričvršćuju se za oblasti koje izgledaju kao harmonike (poznate kao β-listovi) u jezgru ciljnog proteina.
Struktura β-limova je ojačana vodoničnim vezama, koje ostaju stabilne tokom celog funkcionalnog života proteina. Međutim, kada se ove veze olabave – kao što se dešava u kancerogenoj verziji čuvara genoma – one povećavaju rizik da će se protein zalepiti za druge proteine.
Ovde ukosnice dolaze u igru: one se vežu za ove olabavljene delove, stabilizuju ih i daju im vremena da ponovo izgrade vodonične veze. Ova zaštita koja se pruža kancerogenim proteinima sprečava ćeliju da ih identifikuje i razbije.
Kada su istraživači izbrisali recept za ukosnicu iz genetskog koda pratioca, otkrili su da su pratioci ostali funkcionalni i da je brisanjem oštećeno samo njihovo vezivanje za proteine koji su posebno bogati pločama harmonike, kao što je p53.
„Pošto je aktivnost ‘ukosnice’ tako fokusirana, čini se da bismo trebali biti u mogućnosti da razvijemo tretmane za rak ciljajući specifične regione u određenim pratiocima, bez nanošenja značajne štete funkcionisanju ćelija tela“, kaže Rozencvajg. „Naša studija predstavlja potencijalnu metu takvih tretmana, koji bi smanjili aktivnost DNAJA2 koja podržava rak.“
