Naučnici su otkrili nikada ranije viđeni fenomen u proteinu: sam enzim obrađuje DNK i RNK, ali, kada je vezan za drugi protein kao deo odbrambenog sistema, stupa u interakciju sa potpuno drugom vrstom jedinjenja kako bi pomogao bakterijama da izvrše samoubistvo.
Do ovog otkrića došlo je kada su se istraživači fokusirali na detaljno objašnjenje kako ovaj odbrambeni mehanizam funkcioniše u bakterijama koje su zaražene fagima, virusima koji napadaju i prave kopije sebe unutar bakterijskih ćelija. Pored detaljnog opisivanja strukture proteina i mesta vezivanja, eksperimenti su otkrili ovaj neviđeni prekidač u enzimskim funkcijama.
„Ovo je bilo veliko otkriće“, rekao je viši autor studije Tianmin Fu, docent biološke hemije i farmakologije na Medicinskom koledžu Državnog univerziteta u Ohaju. „Kada proteini formiraju kompleks, to obično povećava ili smanjuje aktivnost enzima – ali nikada nismo videli potpunu funkciju. To je potpuno novo u polju enzimologije.“
U široj slici, rekao je on, bolje razumevanje načina na koji bakterije koriste odbrambene sisteme da umru u odnosu na to da ostanu zaražene fagima može se prevesti u terapije koje ubeđuju ćelije raka da programiraju i sopstvenu smrt.
„Ako bismo mogli da uvedemo ovaj tip sistema u ćeliju raka, to bi moglo dovesti do razvoja nove strategije za lečenje raka“, rekao je Fu, takođe istraživač u Sveobuhvatnom centru za rak Univerziteta Ohajo.
Istraživanje je objavljeno u Molecular Cell.
Kada su zaražene fagima, bakterije se odlučuju za smrt kako bi sprečile fage da preuzmu bakterijsku zajednicu. Kompleks koji je ispitan u ovoj studiji, kombinacija proteina zvanih SIR2 i HerA, identifikovan je zajedno sa stotinama drugih odbrambenih sistema bakterija u prethodnim istraživanjima koja su se fokusirala na genomske analize.
U modelu E. coli, Fu i kolege su koristili krio-elektronsku mikroskopiju da odrede biohemijske strukture proteina samih i tokom i nakon njihovog sastavljanja kao supramolekularnog kompleksa.
„Ovaj sistem je identifikovan u mnogim različitim bakterijama, i iako smo ga proučavali kod E. coli, mislimo da bi funkcionisao veoma slično i kod drugih bakterija“, rekao je Fu.
Analiza je sugerisala da SIR2 i HerA imaju afinitet jedan prema drugom, pokazujući da struktura nalik na točkić SIR2 funkcioniše kao organizator HerA molekularnih klastera pre nego što se ova dva stanu u kompleks koji se sastoji od šest identičnih molekularnih podjedinica. Međutim, šta tačno pokreće njihovu vezu je još uvek misterija.
Rezultati su pokazali da kada se sastavi, kompleks može postojati u bakterijama bez incidenata, što sugeriše da bakterije nekako inhibiraju odbrambenu aktivnost sistema osim ako fag ne uđe na scenu. Kada su fagi uvedeni, bakterije su brzo umrle – po sopstvenom dizajnu jer je odbrambeni sistem bio aktiviran da iscrpi mali molekul nazvan NAD+ koji je bakterijama potreban da bi preživele. Taj mehanizam aktivacije za sada je takođe nepoznat.
Eksperimenti su potvrdili da je SIR2 odgovoran za odbacivanje NAD+, što je bilo iznenađenje. Prvi posao SIR2 kao nukleaze je varenje nukleinskih kiselina da bi se održale pravilne funkcije ćelije. Ali kada je vezan za HerA i aktiviran kao deo odbrambenog sistema, njegova enzimska funkcija se promenila – SIR2 je postao potpuno drugačiji tip enzima koji se zove NADase, koji generiše reakciju na bazi vode za rasipanje NAD+.
„Sada želimo da se pozabavimo ovim ogromnim, fundamentalnim biološkim pitanjem – kako složeni sklop prebacuje aktivnost SIR2 sa nukleaze na NADazu?“ Fu reče. „Pronalaženje ovog mehanizma bilo bi veliko za ovu oblast, a ovaj sistem je izuzetno zanimljiv jer ima toliko različitih enzimskih aktivnosti u jednom prethodno sastavljenom kompleksu.“
Fu takođe predviđa kutiju sintetičkih bioloških alata budućnosti u kojoj se bakterijski trikovi prilagođavaju strategijama za ubijanje ćelija raka. „Počinjemo da učimo od bakterija i nadamo se da ćemo ih moći reprogramirati u moćne alate za dijagnozu i lečenje raka“, rekao je on.
