В рамках совместного международного проекта с участием исследователей из CEA (Французская комиссия по атомной энергии), CNRS (Французский национальный центр научных исследований), Inserm (Французский национальный институт здравоохранения и медицинских исследований), Университета Гренобль-Альпы, Университета Монпелье и Стэнфордского университета были выявлены фермент тубулинкарбоксипептидаза (TCP), ответственный за биохимическую трансформацию клеточных микротрубочек посредством детирозинирования. Детерозинирование — это биологическая реакция, приводящая к удалению концевой аминокислоты тирозина из ?-тубулин, одна из субъединиц, составляющих микротрубочки. После четырех десятилетий исследований биологам наконец удалось очистить этот белок и получить доказательства его клеточной активности.
Микротрубочки участвуют в основных клеточных функциях
Микротрубочки — это динамические волокна, присутствующие во всех клетках, они образованы комбинацией двух белков (?-тубулин и ?-тубулин). Микротрубочки выполняют множество функций: они разделяют хромосомы, чтобы распределить их между двумя дочерними клетками во время деления клеток; они способствуют клеточной полярности, морфологии и миграции клеток; они также образуют сеть внутри клетки, по которой могут транспортироваться клеточные компоненты, такие как белки или нити РНК.
Эти клеточные функции регулируются «сигналами», которые присутствуют на поверхности микротрубочек. Эти сигналы, состоящие из биохимических модификаций аминокислот (известных как посттрансляционные модификации, поскольку они происходят после синтеза белка), происходят во многих сайтах в клетках и выполняются широким спектром ферментов; в этом случае ферменты модифицируют тубулины.
Фермент TCP, окончательно идентифицированный после 40 лет загадки
Активность одного из этих ферментов была впервые идентифицирована в 1977 году аргентинской исследовательской группой.
Они назвали эту активность «TCP» (тубулинкарбоксипептидаза). Было показано, что этот фермент выполняет реакцию детирозинирования: удаление концевой аминокислоты, тирозина, с конца ?-тубулин, но сам белок еще предстоит идентифицировать (его размер и последовательность неизвестны). Другой фермент, лигаза TTL, выполняет обратную реакцию — тирозинирование, посредством которого тирозин заменяется.
Цикл детирозинирования / тирозинирования жизненно важен для клетки и организма в целом. Массивное (аномальное) детирозинирование наблюдается при некоторых тяжелых формах рака и сердечно-сосудистых заболеваниях.
Таким образом, идентификация и характеристика TCP была основной задачей исследователей, желавших понять физиологическую функцию ?-детирозинирование тубулина и определение последствий его ингибирования.
Чтобы выделить TCP, исследователи контролировали его активность, использовали обычные биохимические методы и сотрудничали с химиками из Стэнфордского университета, которые разработали небольшую молекулу, ингибирующую его активность. Затем эту молекулу использовали в качестве приманки для «улавливания» неуловимого фермента.
В итоге был обнаружен не один, а два фермента. VASH1 и VASH2 были уже известны ученым, но ранее они не были связаны с цитоскелетом.
Исследователи продемонстрировали, что при связывании с партнерским белком, называемым SVBP, VASH1 и VASH2 могут вызывать детирозинирование ?-тубулин. Чтобы продемонстрировать эту активность, команда ингибировала экспрессию VASH1 / 2 (или их партнера SVBP) в нейронах. В обоих случаях наблюдается очень сильное снижение уровня детирозинирования ?-тубулин наблюдался вместе с измененной морфологией нейронов. Далее исследователи продемонстрировали, что эти ферменты также участвуют в развитии коры головного мозга.
Перспективы борьбы с раком
Таким образом, через сорок лет после первого свидетельства ?-было проведено детирозинирование тубулина, идентифицированы ответственные ферменты.
Теперь ученые надеются, что, модулируя активность TCP и улучшая свои знания о цикле детирозинирования / тирозинирования, они смогут разработать новые методы лечения конкретных видов рака и лучше понять его церебральные и сердечные функции.