I cellens livliga miljö, proteiner möter varandra i tusental. Trots ståhej, var och en lyckas selektivt interagera med precis rätt partner, tack vare specifika kontaktområden på dess yta som fortfarande är mycket mer mystiska än man kan förvänta sig, med tanke på decennier av forskning om proteinstruktur och funktion.

Nu, Forskare från Salk Institute har utvecklat en ny metod för att upptäcka vilka ytkontakter på proteiner som är avgörande för dessa cellulära interaktioner. Det nya tillvägagångssättet visar att viktiga nya funktioner kan avslöjas även för väl studerade proteiner, och har betydande konsekvenser för terapeutisk läkemedelsutveckling, vilket beror mycket på hur droger fysiskt interagerar med deras cellulära mål. Tidningen dök upp i den tidiga onlineversionen av Genetik i slutet av november, och är planerad att publiceras i den tryckta januariupplagan av tidskriften.

"Det här dokumentet illustrerar kraften i denna metod, säger seniorförfattaren Vicki Lundblad, innehavare av Ralph S. och Becky O'Conner-stolen. "Det kan inte bara identifiera tidigare oupptäckta aktiviteter för ett protein, men det kan också lokalisera de exakta aminosyrorna på en proteinyta som utför dessa nya funktioner."

Aminosyror är byggstenarna i proteiner. Deras specifika linjära arrangemang bestämmer identiteten för ett protein, och kluster av dem på proteinets yta fungerar som kontakter, reglerar hur det proteinet interagerar med andra proteiner och molekyler. Lundblad och hennes kollegor misstänkte att trots årtionden av arbete med att dechiffrera proteinernas mysterier, omfattningen av detta reglerande landskap på ytan av proteiner hade förblev mestadels outforskad. Länge sedan, hennes grupp upptäckte oväntat ett sådant regulatoriskt aminosyrakluster, medan du söker en efter en genom 300, 000 muterade jästceller. Även om det arbetet öppnade upp ett nytt forskningsområde inom telomerbiologi, Lundblad var fast besluten att ta reda på en mer robust metod som snabbt skulle kunna avslöja många fler av dessa outforskade proteinytor.

Ange John Lubin, nu doktorand i Lundblads labb, som började arbeta med henne som student.

"Min uppgift var att ta reda på hur man söker igenom 30 muterade jästceller, istället för 300, 000, att upptäcka nya aktiviteter för ett protein, säger Lubin, tidningens första författare. Timothy Tucey, den andra medförfattaren, var postdoktor i Lundblads grupp, och är nu vid Monash University.

Tillsammans vände de sig till ett protein som heter Est1, som Lundblad upptäckte i jäst som postdoktor 1989. Est1 är en subenhet av ett protein (ett enzym) som kallas telomeras, vilket gör att skyddslocken i ändarna av kromosomerna (så kallade telomerer) inte blir för korta. Som den första subenheten av telomeras som upptäcktes, Est1 har varit föremål för intensiva studier av många forskargrupper.

Salk-teamets tillvägagångssätt innebar att introducera en liten, men anpassade, uppsättning mutationer i jästceller som selektivt skulle störa ytkontakter på cellernas Est1-protein. Teamet analyserade sedan cellerna för att se vilken effekt, om någon, de olika mutationerna hade. Avvikelser som härrör från en specifik mutation skulle tyda på vilken roll den omuterade versionen hade. Att göra så, de använde ett genetiskt trick, genom att översvämma cellerna med varje mutant protein, och letar efter det sällsynta mutanta proteinet som kan störa cellfunktionen, eftersom deras tidigare arbete hade visat att detta företrädesvis skulle rikta sig mot proteinytan.

Lundblads team upptäckte fyra funktioner för Est1 genom detta tillvägagångssätt. Försämring av någon av dessa fyra funktioner genom mutationer i Est1s ytaminosyror, forskarna fann, resulterade i celler som hade kritiskt korta telomerer, indikerar specifika roller för Est1-kontakterna i telomeraskomplexet.

"Vad som har gjort oss glada över denna teknik är att den kan appliceras på många proteiner, " säger Lundblad. "I synnerhet många terapeutiska läkemedel är beroende av att kunna komma åt en mycket specifik plats på en proteinyta, som vi misstänker kan avslöjas med denna metod."

Genom att använda detta tillvägagångssätt, hennes team har redan upptäckt nya funktioner för en uppsättning proteiner som reglerar genomets stabilitet, och har även ansökt om anslag som finansierar forskning kring läkemedelsmål.