Lepsí porozumení regulaci bunek muze vést k novým terapiím

Vedci mají podezrení, ze duvod proc mozkové neurony ucpat zamotané bílkoviny u Alzheimerovy choroby je cástecne zpusobeno selhání v malém regulacním systému uvnitr bunek.
V nové studii zverejnené online v tomto týdnu Sborník Národního akademie ved Early Edition, vedci ucinili obrovský skok vpred pri získávání více informací o tomto konkrétním regulacním systému u mysí. Nove získané poznatky poskytnou vedcum lepsí pochopení Alzheimerovy choroby a dalsích lidských nemocí a nakonec by mohly vést k vývoji nových terapií.
Ve své nové studii výzkumníci objevili dvakrát více nových proteinu; bylo zjisteno, ze jsou soucástí regulace proteinu, která je zalozena na cukru známém jako O-GlcNAc (oh-GLIK-nak).
Predpokládá se, ze systém O-GlcNAc pridá dalsí vrstvu kontroly proteinum, které pusobí jako kontroly mozku, které mohou být zmateny v mozku pacientu s Alzheimerovou chorobou se známými problémy pri metabolizaci cukru.
Vedoucí výzkumný pracovník Feng Yang, analytický biochemik laboratore Severozápadního Pacifiku oddelení energetiky, rekl:

"Nasli jsme mnoho nových proteinu, které poskytují prehled o nových aspektech bunecné biologie. Myslíme si, ze O-GlcNAc je jemné ladení bunecných procesu."

Krome objevení stovek proteinu, které byly modifikovány pomocí O-GlcNAc, tým také potvrdil, ze vetsina vsech proteinu O-GlcNAc, které patrí k nejbeznejsí forme regulace proteinu, pouzívá malé molekuly fosfátu k zapnutí a vypnutí proteinu , coz naznacuje, ze oba regulacní systémy se vzájemne koordinují.
Richard D. Smith, který vede proteomický tým v PNNL, prohlásil:

"Tyto výsledky ukazují, ze existuje vysoká slozitost ohledne toho, jak funguje biologie, ze jsme byli do znacné míry slepí."

Výzkumníci proteomiky studují proteom (PRO-tee-ohm), tj. Bunecné funkce zalozené na poctu a typech proteinu v práci.

Smith pokracoval:

"Behem projektu Lidského genomu jsme se zeptali, jak by tak málo genu mohlo produkovat slozitost organismu nebo dokonce jediné bunky a jak by mohly malé rozdíly v nasí DNA vysvetlit rozmanitost, kterou vidíme vsude kolem nás? Odpovedet."

Bunky jsou rízeny bílkovinami, které pusobí jako nástroje, ozubená kola a pomucky. Vazba nebo oddelení malých molekul na proteiny dovoluje regulacním systémum uvnitr bunek zapínat a vypínat proteiny jako prepínac, nejbeznejsí je vazba na fosfáty nebo jejich oddelení. Léta biologové vedí, ze tyto spínace mohou selhat pri rakovine a jiných nemocech a léky, které ovlivnují cásti ve fosfátovém regulacním systému, se snazí tyto chyby opravit.
Asi pred 20 lety vedci zjistili, ze O-GlcNAc muze také fungovat jako prepínac tím, ze otácí nebo vypíná bílkoviny. Objevili bílkoviny s pripojenými O-GlcNAc a dalsími bílkovinami, které vází nebo oddelují cukr, coz jsou vsechny dulezité soucásti systému. Nemohli vsak najít dostatecné proteiny O-GlcNAc, aby získali úplný pohled na proces.
Zjistili, ze málo proteinu bylo pripojeno k O-GlcNAc a ti, kterí casto utratili cukr pri manipulaci s laboratorí. Vedci resili cást problému tím, ze zacínají více tkánovými nebo kultivovanými bunkami. Nicméne, aby studovali tyto modifikace v reálných zivotních scénárích, jako jsou klinické vzorky, potrebovali najít cukr s malým mnozstvím výchozí suroviny.
Pro resení techto problému spolupracovali Smith, Yang, jejich tým na PNNL a ctyri výzkumné instituce tím, ze spojili své odborné znalosti v systému O-GlcNAc s nástroji vyvinutými v laboratori DOE v oblasti environmentálních molekulárních ved v areálu PNNL. Prvním krokem bylo zlepsení prístupu k cistení bílkoviny z mysí mozkové tkáne, aby se zesílil cukr pripojený k bílkovinám, a poté byly pouzity nové nástroje k identifikaci vzácných bílkovin v malých vzorcích.
Hledali také bílkoviny s teckovaným cukrem v mysích vzorcích mozku od geneticky upravených zvírat, které mely mysí verzi Alzheimerovy choroby. Tyto mysi nadmerne produkují tri hlavní proteiny, které se vyskytují u lidí s Alzheimerovou chorobou, vcetne Tau proteinu, které produkují klasické splet v mozkových neuronech.
Tým se rozhodl proverit, jak dobre jejich metody nasly proteiny O-GlcNAc a zacaly pouzívat tkáne ze zdravých nebo nemocných mysích mozku. Zdravé tkáne obsahovalo 274 ruzných proteinu oznacených O-GlcNAc. Nicméne, mnoho z techto proteinu melo více nez jednu molekulu cukru, protoze tým objevil celkem 458 vazebných míst na techto 274 proteinech. Jednalo se o trojnásobek poctu lokalit, nez jakákoli predchozí studie objevila, coz umoznilo týmu najít podobnosti mezi 106 místy O-GlcNAc, které byly jiz identifikovány v jiných studiích, ale také na zbývajících 168 lokalitách proteinu O-GlcNAc, které mely dosud nebyly identifikovány.
Tým zjistil, ze tyto proteiny mají ruzné funkce, vcetne tvorby cásti struktury bunky, rustu nervu nebo jiných funkcí souvisejících s nervy, jako je ucení a pamet. Tým sestavil 168 nove identifikovaných bílkovin na základe toho, jak vypadali a jakou funkci si mysleli, ze by se pravdepodobne podíleli, tj. Bunková signalizace, regulace exprese genu nebo strukturování bunek, pred vysetrením bílkovin, které nasli u nemocné s Alzheimerovou chorobou mozky. Objevili, ze nemocné mysí obsahovaly asi tretinu méne proteinu oznacených O-GlcNAc, coz podporuje starsí studie, které naznacují poskozenou regulaci O-GlcNAc v mozku lidí s Alzheimerovou chorobou.
Je zajímavé, ze výzkumníci zjistili, ze více nez 98% O-GlcNAc proteinu melo také místa, která by prijala fosfát, coz naznacuje, ze tyto proteiny jsou také rízeny nejbeznejsím regulacním systémem v bunkách - fosfátovém systému.
Výzkumníci zjistili, ze priblizne jedna ctvrtina míst O-GlcNAc byla v dostatecne tesné blízkosti fosfátových míst, aby interferovaly s prepínacem, coz naznacuje vzájemnou komunikaci mezi temito dvema typy regulace. Zatímco fosfát je mensí nez O-GlcNAc a má silný negativní elektrický náboj, cukr je neutrální, avsak objemnejsí. Tyto charakteristiky by mohly mít ruzné dopady na strukturu bílkovin a navíc by rozsah významných biologických výsledku mohl být výrazne vyssí díky slozitosti obou spínacích systému.
Zatímco vetsina proteinu, o kterých je známo, ze jsou pod kontrolou O-GlcNAc, prevázne zije uvnitr bunek, tým také zjistil, ze sest proteinu musí být rízeno O-GlcNAc mimo bunku, v závislosti na tom, kde jejich místo O-GlcNAc bylo umístené na bílkovine.
Tým v soucasné dobe plánuje proverit oba regulacní systémy a Smith uzavírá:

"Je zrejmé, ze vidíme, kolik proteinu se mení. Pokud chápeme biologické systémy, musíme pochopit vzájemnou souvislost ruzných typu modifikací."

Napsal Petra Rattue