Исследователи Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее впервые полностью определили основной клеточный процесс, известный как метилирование. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences , знаменательное исследование подчеркивает важную роль, которую метилирование играет в создании белков.
Метилирование — это химическая реакция, при которой небольшая молекула, известная как метильная группа , добавляется или «метится» к ДНК, белкам или другим молекулам. Процесс метилирования может влиять на поведение клетки, например, стимулируя развитие и дифференцировку стволовых клеток .
Вместе доктор Джошуа Хейми и профессор Марк Уилкинс из Школы BABS полностью определили, какие белки в дрожжевой клетке несут метильные группы, где находится метка и какой механизм использовался для их размещения.
«Есть некоторые аспекты клетки, которые уже давно всесторонне изучены, например, последовательность ДНК многих геномов», — говорит доктор Хейми, ведущий автор исследования. Однако другие системы, такие как клеточная химическая маркировка белков, почти никогда систематически не понимаются.
«Мы использовали формальный метод, чтобы выяснить, чего именно мы не знаем о метилировании», — говорит доктор Хейми. Изучив всю существующую литературу по метилированию, дуэт пришел к выводу, что мы действительно знаем большую часть этого процесса, и осталось очень немногое, что предстоит открыть.
«Мы предложили почти полную картину этой системы», — говорит доктор Хейми. «И хотя это означает, что в этой области больше нечего открывать, это открывает новые захватывающие вопросы о системе в целом и о том, что на самом деле делает этот тег метилирования».
Всегда ли есть что открывать?
«Наша работа заключается в попытке понять, как клетки управляют информацией и принимают решения», — говорит профессор Уилкинс. «Это важно, поскольку клетки постоянно принимают решения, чтобы приспособиться к изменениям в окружающей среде, изменить то, что они делают, продолжать расти или умереть».
Уже давно известно, что внутри клетки белки могут быть помечены небольшими молекулами, которые служат единицами информации или данных. Но до сих пор мы никогда не знали ни для какой клетки, сколько белковых меток любого типа она имеет и какой механизм использует клетка для их размещения.
Система метилирования включает ферменты, которые модифицируют другой белок, добавляя небольшую молекулу, в данном случае метильную группу, и «помечая» его. Добавление метильных групп может повлиять на то, как некоторые молекулы действуют в организме, а изменения в моделях метилирования генов или белков могут повлиять на риск развития у человека определенных заболеваний, включая рак.
«Это область, над которой мы работали экспериментально в течение очень долгого времени», — говорит профессор Уилкинс. «Я намеревался охарактеризовать этот конкретный тип клеточной модификации [метилирование], но с упором на работу внутри дрожжей как модельного организма для клеток человека и животных».
На протяжении многих лет профессор Уилкинс, доктор Хейми и другие, работавшие в этой области, обнаруживали все больше особенностей этого процесса, пока не дошло до того, что выявлялось все меньше и меньше характеристик.
«В какой-то момент, чем больше мы пытались, тем меньше мы могли найти», — говорит доктор Хейми. «Существующая парадигма в этой области заключается в том, что всегда есть что открывать. Но эта статья бросает вызов этой идее».
Определение системы метилирования
Вместе доктор Хейми и профессор Уилкинс систематически проанализировали всю существующую литературу о процессе метилирования у дрожжей. «Мы нашли способ систематизировать свидетельства за и против того, что в биологической системе метилирования можно обнаружить «больше», — говорит профессор Уилкинс.
В любом процессе метилирования существует связь между двумя белками (ферментом, несущим метильную группу, и метилируемым белком ), которые составляют ядро этой системы. «Таким образом, если бы было что-то еще, что можно было бы открыть, то, по сути, это было бы взаимодействие между этими двумя белками, о котором мы не знаем», — говорит доктор Хейми.
«Мы смогли использовать знание об этой связи, чтобы каталогизировать существующие доказательства и определить, есть ли еще такие связи, которые остаются неизвестными, и если да, то сколько».
Благодаря этому систематическому процессу они пришли к выводу, что метилирование практически полностью изучено в модельном организме дрожжей.
Контроль роста и поведения клеток
Большое количество этих событий метилирования очень важно для контроля реакции клетки на внешние сигналы, а также для передачи сигналов внутри клетки. Эти сигнальные процессы важны для контроля состояния клетки, в частности механизма, который строит белки.
«В результате нашего систематического обзора мы можем сказать, что эта система, по-видимому, в основном связана с контролем того, как клетка производит белки, что играет центральную роль в функционировании клетки», — говорит доктор Хейми.
Наличие полной картины метилирования и его важной роли в синтезе белка открывает новые возможности для того, как мы можем контролировать аспекты роста и поведения клеток.
«Мы сосредоточили нашу работу на дрожжевой клетке, которая во многом похожа на человеческую клетку, но ее проще изучать, и полученные результаты имеют прямое отношение к манипуляциям с дрожжами в таких вещах, как пивоварение, выпечка и биотопливо, а также к тому, как дрожжевые и грибковые инфекции у пациентов — такие как кандидоз и опоясывающий лишай — потенциально можно лечить», — говорит профессор Уилкинс.
«Более того, теперь, когда у нас есть эта полная карта, мы можем систематически задавать вопросы о том, почему эта система развилась и какова ее роль в управлении центральными биологическими процессами», — говорит доктор Хейми. «Это те вопросы, которыми мы сейчас занимаемся».
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
