Ljudski proteini prolaze kroz niz hemijskih modifikacija nakon njihove sinteze. Ove modifikacije regulišu njihovu strukturu, funkciju i stabilnost. Istraživači iz grupe Bhogaraju u EMBL Grenobleu razvili su novu metodu za proučavanje kritičnog tipa procesa modifikacije proteina koji se zove ubikvitinacija. Ubikvitinacija igra integralnu ulogu u različitim ćelijskim funkcijama, a njena disregulacija doprinosi mnogim ljudskim bolestima, uključujući neurodegeneraciju i rak.
Tokom ubikvitinacije, grupa enzima zvanih E3 ubikvitin ligaze vezuju mali protein nazvan ubikvitin za druge proteine. Ovo označavanje, zauzvrat, pomaže u određivanju sudbine ciljanog proteina. Ubikvitinacija je veoma rasprostranjena kod ljudi i procenjuje se da svaki ljudski protein podleže ubikvitinaciji bar jednom u svom životu.
Raznovrsnost ćelijskih funkcija ubikvitinacije se ogleda u postojanju preko 600 gena ljudske E3 ligaze, što predstavlja približno 3% ljudskog genoma. Mapiranje pejzaža ljudskog E3 ciljnog proteina može nam pomoći da razumemo njihovu funkciju i na kraju ih ciljamo za terapeutske lekove.
Međutim, značajan broj E3 ligaza i njihovih meta ostaje slabo okarakterisan, jedan od razloga je izuzetno prolazna priroda njihove interakcije. Trenutne metode za mapiranje ovakvih interakcija su takođe veoma zahtevne za resurse, što ograničava njihovu upotrebu i skalabilnost.
Da bi rešila ovaj problem, Bhogaraju grupa, koja istražuje puteve ubikvitinacije u različitim fiziološkim kontekstima, razvila je jednostavnu, isplativu metodu, nazvanu Ub-POD, za brzo i lako obeležavanje ciljeva datog enzima E3 ligaze direktno u ljudskim ćelijama.
Rad, koji je nedavno objavljen u časopisu Science Advances, vodio je Urbi Mukhopadhiai, EMBO postdoktorski saradnik u Bhogaraju grupi, koji je pronašao način da efikasno označi sveprisutne mete date E3 ligaze biotinom direktno unutar ćelija. Ovo omogućava da se ciljevi kasnije identifikuju pomoću tehnike koja se zove kvantitativna masena spektrometrija. Biotin je malo organsko jedinjenje koje se može biohemijski vezati za proteine od interesa i koristiti za njihovo izolovanje iz mešanog uzorka.
Jednostavnost metode i upotreba uobičajenih hemikalija znači da se može koristiti bilo gde u svetu, u bilo kojoj laboratoriji koja ima osnovne objekte za molekularnu biologiju.
Koristeći ovu metodu i kao dokaz principa, istraživači su identifikovali nove mete E3 ligaza, RAD18 i CHIP, koji su uključeni u rak i neurodegenerativne bolesti, respektivno. Laboratorija Kristijana Behrenda na Univerzitetu Ludvig-Maksimilijan (LMU), Minhen, koji su saradnici Bhogaraju grupe, takođe je primenila ovu metodu na TRAF6 – još jednu E3 ligazu i kritični regulator imunološke signalizacije – i uspešno identifikovala poznate i nove supstrate.
U budućnosti, tim planira da primeni ovu metodu na sve poznate ljudske E3 enzime.
„Verujemo da će ovo pomoći da se popuni disparitet u terapijskom prostoru između porodice proteina kinaze i porodice ubikvitin ligaze“, rekao je Sagar Bhogaraju, vođa grupe, EMBL Grenoble. „Uprkos sličnom broju enzima, postoji oko 80 terapeutskih agenasa odobrenih od strane FDA koji ciljaju kinaze, dok samo nekoliko lekova cilja na ubikvitin sistem. Metoda koju smo razvili doprinela bi proširenju obima E3 ligaza ili njihovih supstrata kao mete droge“.
