Northwestern Medicine -utredare utvecklade en teknik för att katalogisera hur celler förfogar över onödiga proteiner, en process som har konsekvenser för cancer och autismspektrumsjukdomar, enligt fynd publicerade i Naturkommunikation .

Defekter i ubiquitination, eller hur celler gör sig av med onödiga proteiner, har varit inblandade i en mängd olika sjukdomar, men forskare har tidigare saknat en pålitlig metod för att spåra enzymerna som är involverade i denna bortskaffningsprocess, enligt Hiroaki Kiyokawa, MD, Ph.D., professor i farmakologi och medförfattare till studien.

För att bekämpa detta, ett samarbetslag som leds av Kiyokawa och Jun Yin, Ph.D., docent i kemi vid Georgia State University, utvecklad ortogonal ubiquitinöverföring, en metod för att spåra vilka enzymer som utlöser bortskaffande av vilka proteiner. Denna teknik kan ge forskare en bättre förståelse av sjukdomsmekanismerna som uppstår vid onormal ubiquitination, förhoppningsvis leder till förbättrad terapi, Sa Kiyokawa.

Ubiquitination flaggar proteiner för förstörelse och underlättas av tre klasser av enzymer; E1, E2- och E3 -enzymer. Ubiquitin är bundet till de tre enzymerna i följd, men E1 och E2 enzymer är enkla primer enzymer, så däggdjursceller har bara ett begränsat antal E1- och E2 -sorter. Å andra sidan, det finns hundratals E3 -enzymer, vilket tyder på att varje E3 har sitt eget unika proteinmål.

"Förhållandet mellan E3 -enzymer och målproteinet är som ett lås och en nyckel, "sa Kiyokawa, också professor i patologi och medlem i Robert. H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University.

Mångfalden av målproteiner och svaga interaktioner innebär att det kan vara utmanande att tydligt identifiera vilket E3 -enzym som märker vilket protein. Dock, ortogonal ubiquitinöverföring (OUT) är en ny lösning på problemet, enligt Kiyokawa.

In ut, forskare konstruerade en artificiell ubiquitinväg som efterliknar det inhemska systemet men bara svarar på muterat ubiquitin, som har en speciell tagg som gör det möjligt för forskare att identifiera proteinet som det så småningom riktar sig mot i slutet av cykeln.

"Det finns två vägar inom samma celler, "Sa Kiyokawa." Originalet är som en motorväg, och den konstruerade vägen är en omväg. "

I den aktuella studien, utredarna konstruerade en artificiell väg för ett E3 -enzym som heter E6AP, och introducerade det muterade ubiquitinet och vägarna i celler. Efter en proteomisk skärm, forskarna kunde identifiera de specifika proteinmålen för E6AP.

"Denna studie är bara en uppvisning av tekniken, men vi tror att vi kan tillämpa detta på många av de 600 E3 -proteinerna utan alltför mycket krångel, "Sa Kiyokawa." Det är känt att en hel del E3 -enzymer är överuttryckta eller muterade vid neuronala sjukdomar, så det finns en stor pool av forskningsmöjligheter. "

Dock, Särskilt E6AP har visat sig rikta in sig på tumörsuppressorproteiner när det felaktigt aktiveras av det humana papillomviruset, bidrar till den ökade cancerrisken för infekterade patienter. Dessutom, det genlokus som kodar för E6AP är känt för att vara muterat i Angelmans syndrom, en autism-spektrumstörning.

"Vi vet fortfarande inte varför E6AP måste muteras för att visa symptom på Angelmans syndrom, men undersökning av specifika mål kan lära oss mer om de patofysiologiska mekanismerna för autistisk sjukdom, "Sa Kiyokawa.

Ytterligare undersökning av specifika mål pågår redan - Kiyokawa och kollegor publicerade nyligen en annan studie som involverade OUT, den här gången Vetenskapliga framsteg .

De hittade ett annat E3 -enzym, CHIP, var inblandad i nedbrytning av CDK4, ett enzym som spelar en nyckelroll i cellproliferation.

"Det verkar vara en mekanism som kan stoppa cellcykeln under stress, "Sa Kiyokawa." Om denna förordning bryts, organismen kan vara mer mottaglig för cancer. "

Än, det räcker inte att bara identifiera dessa mål för ubiquitination, enligt Kiyokawa.

"Vi måste lära oss varför dessa nydefinierade mål regleras av E3 -enzymer om vi vill hitta nya terapeutiska mål, sa han. Först då kan vi utveckla läkemedel eller behandlingar.