Loading...

kjpargeter / Freepik

Исследователи изучили роль ферментного комплекса фосфорибозилпирофосфатсинтетазы (PRPS), необходимого для синтеза нуклеотидов, который остается неизменным в ходе эволюции. Команда использовала методы геномного редактирования CRISPR на разных клеточных линиях млекопитающих для установления роли каждого белка этого комплекса. Ученые использовали разные комбинации выключения генов. При этом они показали, что при удалении одного из четырех белков общая жизнеспособность снижалась, но наиболее заметный эффект наблюдался, когда оставался только PRPS1. При этом белки образовали крупные аномальные структуры, которые функционировали хуже, чем полный комплекс в нормальных клетках. Команда также показала, что AP1 и AP2 (вспомогательные белки комплекса PRPS) служат каркасом для стабилизации всего агрегата. Результаты открывают новые перспективы для изучения заболеваний, связанных с нарушением PRPS, и разработки более точечного лечения рака и других заболеваний. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Комплекс PRPS необходим клеткам, чтобы производить нуклеотиды — важные строительные блоки для ДНК и РНК. В состав комплекса входят четыре белка: PRPS1, PRPS2, а также вспомогательные белки AP1 и AP2. PRPS1 и PRPS2 участвуют в синтезе фосфорибозилпирофосфата (PRPP) — вещества, необходимого для создания молекул нуклеотидов. Белки AP1 и AP2 не обладают каталитической активностью, то есть не проводят химической реакции, из-за чего их роль не до конца известна. Нарушения работы комплекса PRPS могут приводить к серьезным заболеваниям, например к нарушениям в развитии нервной системы или проблемам с обменом веществ.

Исследователи изучили ферментный комплекс PRPS, чтобы понять его эволюционное происхождение и функции. Чтобы проанализировать эволюцию входящих в комплекс белков, команда ученых проследила их генетическую историю. Для этого команда сравнила аминокислотные последовательности белков комплекса с последовательностями белков других организмов с помощью баз данных и построила филогенетические деревья. Они показали, что PRPS1 появился у эукариот за счет переноса генетического материала от бактерий миллиарды лет назад. AP2 возник более 1 миллиарда лет назад в клетках животных и грибов, а AP1 и PRPS2 появились позже в результате дупликации генома у челюстных позвоночных.

Ученые обнаружили эти белки не только у животных и грибов, но и у других эукариот, таких как растения и простейшие. У этих организмов также наблюдается дублирование и сохранение копий генов, кодирующих PRPS. Результаты указывают на важность этих событий для развития и адаптации метаболизма у более развитых форм жизни на Земле.

Чтобы определить функции каждого из белков, исследователи применили технологию редактирования генов CRISPR. С ее помощью они отключали различные комбинации генов белков этого комплекса в клеточных линиях млекопитающих. Они обнаружили, что жизнеспособность клеток снижалась во всех случаях, особенно когда из четырех белков оставался только PRPS1. Клетки с одним PRPS1 росли медленнее, вырабатывали меньше нуклеотидов и имели нарушения в работе митохондрий.

Также с помощью метода эксклюзионной хроматографии (гель-фильтрация), который позволяет разделять вещества в растворе по их размеру, ученые показали, что все четыре белка образуют крупный ферментный комплекс, примерно в 10 раз больше, чем структуры, возникающие при отсутствии одного из белков.

Ученые обнаружили, что комплекс распался без AP1 — и в некоторой степени без AP2. Таким образом, AP1 и AP2 действуют как молекулярные каркасы, помогая формировать и стабилизировать большой ферментный комплекс.

«В контексте рака может возникнуть необходимость ограничить активность PRPS, чтобы подавить выработку нуклеотидов и замедлить рост опухоли. В случае синдрома дефицита нуклеотидов может возникнуть необходимость повысить активность. Раскрытие основ архитектуры комплекса дает нам отправную точку для дальнейших шагов, которые позволят применить наши знания для разработки новых методов диагностики и лечения, способных улучшить состояние пациентов», — рассказал Том Каннингем из Университета Цинциннати.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.