En ny studie av University of Wisconsin-Madison forskare identifierade den strukturella grunden för hur tätt bundna proteinkomplex bryts isär för att bli inaktiverade. Strukturen förklarar varför komplexen är mindre aktiva vid vissa cancerformer och neurodegenerativa sjukdomar, och erbjuder en utgångspunkt för att identifiera läkemedelsmål för att återaktivera det.
När vi växer, våra celler svarar på tätt reglerade ledtrådar som säger åt dem att växa och dela sig tills de behöver utvecklas till specialiserade vävnader och organ. De flesta vuxna celler är specialiserade, och de svarar korrekt på ledtrådar som säger att de ska sluta växa. Cancer kan utvecklas när något går snett med dessa signaler.
En sådan "stoppa och specialisera" ledtråd finns med proteinkomplexen som kallas PP2A. Det finns cirka 100 kända PP2A -komplex, och tillsammans beräknas de reglera nästan en tredjedel av alla cellulära proteiner. Dessa komplex består av en kärna som är inaktiv tills den blandas och matchar med ett av flera specificitetsproteiner för att bilda tätt bundna, aktiva PP2A -komplex. Aktivt PP2A använder dessa specificitetspartners för att hitta sina mål - vanligtvis tillväxtproteiner - och inaktiverar dem. PP2A är en kritisk signal, sedan, för att hålla celltillväxten i schack och bibehålla normala neurologiska funktioner. Inte överraskande, den är muterad i många cancerformer och neurologiska störningar.
"Vi vet mycket om hur aktiva PP2A -komplex bildas och identifierar fler och fler av deras mål i celler, men vi vet väldigt lite om hur de inaktiveras, "förklarar Yongna Xing, docent i onkologi vid UW Carbone Cancer Center och McArdle Laboratory for Cancer Research och seniorförfattaren till en ny studie som publicerades idag (22 december, 2017) i Naturkommunikation . "Det är ett mycket tätt hållet komplex, det är nästan som en sten, men det måste finnas ett sätt att bryta upp det. "
Xings tidigare arbete visade att PP2A är inaktivt när ett reglerande protein, 4, är bifogad. Dock, när aktiva PP2A -komplex utmanades med 4, de förblev aktiva, vilket betyder att det måste finnas en annan utlösare som splittrade komplexet.
I den nya studien, Xing och hennes kollegor identifierar den utlösaren som proteinet TIPRL. När de utmanade aktiva PP2A -komplex med 4 och TIPRL, komplexen gick sönder. Nästa, de bestämde den tredimensionella strukturen för TIRPL med PP2A genom en teknik som kallas röntgenkristallografi.
"Strukturen visar hur TIPRL kan attackera aktiva PP2A -komplex även om den har en mycket lägre affinitet än specificiteten subenheter gör för PP2A -kärnan, "Säger Xing." Med strukturen kunde vi identifiera hur TIRPL kan attackera komplexet, ändra dess utformning och, tillsammans med 4, få den att falla sönder robust. Det var svårt att föreställa sig hur denna process kunde ske utan strukturella insikter. "
Om vi tänker på PP2A som en skruvmejsel, fynden ger mycket praktisk mening. Kärnproteinet är den motoriserade basen, och specificitetsproteinerna - de som blandas och matchas för att hjälpa PP2A att hitta rätt mål - är skruvhuvudena. När du vill byta från ett Phillips-huvud till en platt skruvmejsel, du slänger inte hela skruvmejselkomplexet och köper en ny; hellre tar du loss ett skruvhuvud och fäster ett annat. Liknande, det är energikostsamt för en cell att bryta ner hela PP2A -komplexet, så TIPRL:s roll är att lossa specificitetsproteinet och återvinna PP2A -kärnan.
En av de mer intressanta resultaten från strukturen var hur flexibel TIRPL är jämfört med specificitetsunderenheterna, får forskarna att fråga hur PP2A -mutationer som vanligen ses hos cancerpatienter påverkar TIPRL -bindning. Med antingen normal eller PP2A -kärna som innehåller dessa mutationer, de mätte hur väl TIPRL och specificitetsunderenheterna kan binda till det. De fann att kärnmutationerna nästan inte har någon effekt på TIPRL -bindning, men de försvagar drastiskt bindningen av specificitetsproteiner. Dessa mutationer, sedan, sannolikt orsakar en övergång från aktiva PP2A -komplex till den demonterade och inaktiva formen.
"I många sjukdomar, inklusive cancer och neurodegenerativa sjukdomar, PP2A är i allmänhet mindre aktiv, ofta på grund av mutationer, "Xing-anteckningar." Denna struktur hjälper till att förklara hur dessa mutationer leder till nedreglering av PP2A genom att flytta balansen mot TIPRL-inducerad komplex dissociation. "
Med strukturen i handen, Xing förväntar sig att bättre kunna förstå cykeln för aktivering och inaktivering av PP2A, och hur det reglerar celltillväxt.
"Till exempel, aktivt PP2A är känt för att hämma K-ras, ett protein som driver tillväxt i många tumörer och för närvarande inte har några bra kliniska hämmare, "Säger Xing." Om du kan hitta ett sätt att återaktivera PP2A, Det kan vara mycket viktigt vid behandling av dessa cancerformer. "
