Cirka 70 % av alla mänskliga proteiner inkluderar minst en sekvens som består av en enda aminosyra som upprepas många gånger, med några andra aminosyror strödda i. Dessa "lågkomplexitetsregioner" finns också i de flesta andra organismer.

Proteinerna som innehåller dessa sekvenser har många olika funktioner, men MIT-biologer har nu kommit på ett sätt att identifiera och studera dem som en enhetlig grupp. Deras teknik gör det möjligt för dem att analysera likheter och skillnader mellan LCR från olika arter, och hjälper dem att bestämma funktionerna hos dessa sekvenser och proteinerna i vilka de finns.

Med hjälp av sin teknik har forskarna analyserat alla proteiner som finns i åtta olika arter, från bakterier till människor. De fann att även om LCR:er kan variera mellan proteiner och arter, delar de ofta en liknande roll - att hjälpa proteinet där de har hittats att ansluta sig till en större sammansättning som nukleolus, en organell som finns i nästan alla mänskliga celler.

"Istället för att titta på specifika LCR:er och deras funktioner, som kan tyckas separata eftersom de är involverade i olika processer, tillåter vårt bredare tillvägagångssätt oss att se likheter mellan deras egenskaper, vilket tyder på att LCR:s funktioner kanske inte är så olika trots allt. ", säger Byron Lee, en doktorand vid MIT.

Forskarna fann också vissa skillnader mellan LCR av olika arter och visade att dessa artspecifika LCR-sekvenser motsvarar artspecifika funktioner, som att bilda växtcellväggar.

Lee och doktoranden Nima Jaberi-Lashkari är huvudförfattarna till studien, som visas idag i eLife . Eliezer Calo, biträdande professor i biologi vid MIT, är senior författare till tidningen.

Storskalig studie

Tidigare forskning har visat att LCR är involverade i en mängd olika cellulära processer, inklusive celladhesion och DNA-bindning. Dessa LCR är ofta rika på en enda aminosyra som alanin, lysin eller glutaminsyra.

Att hitta dessa sekvenser och sedan studera deras funktioner individuellt är en tidskrävande process, så MIT-teamet bestämde sig för att använda bioinformatik – ett tillvägagångssätt som använder beräkningsmetoder för att analysera stora uppsättningar biologiska data – för att utvärdera dem som en större grupp.

"Vad vi ville göra är att ta ett steg tillbaka och istället för att titta på enskilda LCR, försöka ta en titt på dem alla och se om vi kunde observera några mönster i större skala som kan hjälpa oss att ta reda på vad de som har tilldelade funktioner gör, och hjälper oss också att lära oss lite om vad de som inte har tilldelade funktioner gör," säger Jaberi-Lashkari.

För att göra det använde forskarna en teknik som kallas dotplot matrix, vilket är ett sätt att visuellt representera aminosyrasekvenser, för att generera bilder av varje protein som studeras. De använde sedan beräkningsmetoder för bildbehandling för att jämföra tusentals av dessa matriser samtidigt.

Med denna teknik kunde forskarna kategorisera LCR baserat på vilka aminosyror som oftast upprepades i LCR. De grupperade också LCR-innehållande proteiner efter antalet kopior av varje LCR-typ som finns i proteinet. Att analysera dessa egenskaper hjälpte forskarna att lära sig mer om funktionerna hos dessa LCR.

Som en demonstration valde forskarna ut ett mänskligt protein, känt som RPA43, som har tre lysinrika LCR. Detta protein är en av många underenheter som utgör ett enzym som kallas RNA-polymeras 1, som syntetiserar ribosomalt RNA. Forskarna fann att kopiantalet av lysinrika LCR är viktigt för att hjälpa proteinet att integreras i nukleolus, organellen som ansvarar för syntetisering av ribosomer.

Biologiska sammansättningar

I en jämförelse av proteinerna som finns i åtta olika arter fann forskarna att vissa LCR-typer är mycket konserverade mellan arter, vilket innebär att sekvenserna har förändrats mycket lite över evolutionära tidsskalor. Dessa sekvenser tenderar att finnas i proteiner och cellstrukturer som också är mycket konserverade, såsom nukleolen.

"Dessa sekvenser verkar vara viktiga för sammansättningen av vissa delar av kärnan," säger Lee. "Några av principerna som är kända för att vara viktiga för sammansättning av högre ordning verkar vara på gång eftersom kopiantalet, som kan styra hur många interaktioner ett protein kan göra, är viktigt för att proteinet ska integreras i det facket."

Forskarna fann också skillnader mellan LCR som ses i två olika typer av proteiner som är involverade i nukleolusmontering. De upptäckte att ett nukleolärt protein känt som TCOF innehåller många glutaminrika LCR som kan hjälpa till att bilda konstruktioner, medan nukleolära proteiner med endast ett fåtal av dessa glutaminsyrarika LCR kan rekryteras som klienter (proteiner som interagerar med ställningen ).

En annan struktur som verkar ha många konserverade LCR är kärnfläcken, som finns inuti cellkärnan. Forskarna fann också många likheter mellan LCR:er som är involverade i att bilda sammansättningar i större skala, såsom den extracellulära matrisen, ett nätverk av molekyler som ger strukturellt stöd till celler i växter och djur.

Forskargruppen hittade också exempel på strukturer med LCR som verkar ha divergerat mellan arter. Till exempel har växter distinkta LCR-sekvenser i proteinerna som de använder för att bygga sina cellväggar, och dessa LCR ses inte i andra typer av organismer.

Forskarna planerar nu att utöka sin LCR-analys till ytterligare arter.

"Det finns så mycket att utforska, eftersom vi kan utöka den här kartan till i princip vilken art som helst," säger Lee. "Det ger oss möjligheten och ramen för att identifiera nya biologiska sammansättningar." + Utforska vidare

Protein avslöjat som lim som håller biomolekyler i kärnan

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.