Efter 40 års forskning, forskare vid CEA, CNRS, Universitetet Grenoble-Alperna, University of Montpellier och Inserm har äntligen identifierat enzymet som är ansvarigt för tubulindetrosinering. Förvånande, det är inte ett enzym utan två som styr modifieringen av denna väsentliga komponent i cytoskeletstrukturen. Detta arbete öppnar nya förutsättningar för förbättrad förståelse för den roll som tubulin spelar, vars avreglering har kopplats till cancer, hjärt -kärlsjukdomar och neurala störningar.

Ett internationellt samarbetsprojekt som involverar forskare från CEA (French Atomic Energy Commission), CNRS (franska nationella centrumet för vetenskaplig forskning), Inserm (franska nationella institutet för hälsa och medicinsk forskning), Universitetet Grenoble-Alperna, University of Montpellier och Stanford University har identifierat enzymet, Tubulin CarboxyPeptidase (TCP), ansvarig för den biokemiska transformationen av cellulära mikrotubuli, genom detyrosinering. Detyrosinering är en biologisk reaktion som resulterar i avlägsnande av den terminala aminosyran tyrosin från α-tubulin, en av subenheterna som består av mikrotubuli. Efter fyra decennier av forskning, biologer har äntligen lyckats rena detta protein, och har fortsatt att bevisa dess cellulära aktivitet.

Mikrotubuli bidrar till viktiga cellulära funktioner

Mikrotubuli är dynamiska fibrer som finns i alla celler, de bildas genom kombinationen av två proteiner (a-tubulin och β-tubulin). Mikrotubuli fyller många funktioner:de separerar kromosomerna för att fördela dem mellan de två dottercellerna under celldelning; de bidrar till cellulär polaritet, morfologi och till cellmigration; de bildar också ett nätverk inuti cellen, på vilka cellulära beståndsdelar, såsom proteiner eller RNA -strängar, kan transporteras.

Dessa cellulära funktioner regleras av "signaler" som finns på ytan av mikrotubuli. Dessa signaler, bestående av biokemiska modifieringar av aminosyror (kända som posttranslationella modifieringar, som de äger rum efter proteinsyntes), förekommer på flera platser i celler och exekveras av ett brett spektrum av enzymer; I detta fall, enzymerna modifierar tubulinerna.

Enzymet TCP, äntligen identifierad efter 40 års mystik

Aktiviteten för ett av dessa enzymer identifierades första gången 1977 av ett argentinskt forskargrupp. De kallade denna aktivitet för "TCP" (Tubulin CarboxyPeptidase). Detta enzym visade sig utföra detyrosineringsreaktionen:avlägsnande av den terminala aminosyran, ett tyrosin, från slutet av α-tubulin, men själva proteinet återstod att identifieras (dess storlek och sekvens var okända). Ett annat enzym, ligas TTL, utför den omvända reaktionen - tyrosinering - genom vilken tyrosinet ersätts. Detyrosinerings-/tyrosineringscykeln är avgörande för cellen och organismen som helhet. Massiv (onormal) detyrosinering observeras i ett antal allvarliga cancertyper och vid hjärt -kärlsjukdomar.

Identifieringen och karakteriseringen av TCP var därför ett viktigt mål för forskare som ville förstå α-tubulin-detyrosineringens fysiologiska funktion och bestämma konsekvenserna av dess hämning.

För att isolera TCP, forskarna övervakade dess aktivitet, använde konventionella biokemiska tekniker, och samarbetade med kemister från Stanford University, som utvecklade en liten molekyl som hämmar dess aktivitet. Denna molekyl användes sedan som bete för att "fånga" det svårfångade enzymet.

I slutet, inte en enda, men två enzymer upptäcktes. VASH1 och VASH2 var redan kända för forskare, men de hade inte tidigare associerats med cytoskelet. Forskarna visade att när det är associerat med ett partnerprotein som kallas SVBP, VASH1 och VASH2 kan orsaka detyrosinering av α-tubulin. För att demonstrera denna aktivitet, laget hämmade uttrycket av VASH1/2 (eller deras partner SVBP) i neuroner. I båda fallen, en mycket stark nedgång i nivån av detyrosinering av a-tubulin observerades tillsammans med förändrad neuronal morfologi (se figur). Forskarna demonstrerade vidare att dessa enzymer också är involverade i utvecklingen av hjärnbarken.

Således, 40 år efter att det första beviset på α-tubulin-detyrosinering presenterades, de ansvariga enzymerna har identifierats. Forskare hoppas nu att genom att modulera TCP -aktivitet och förbättra deras kunskap om detyrosinerings-/tyrosineringscykeln, de kommer att kunna utveckla nya behandlingar för specifika cancerformer, och för att få en bättre förståelse för dess cerebrala och hjärtfunktioner.