Целый фермент теломеразы .
Подобно тому, как, наконец, увидели все механизмы часов и то, как они работают вместе, исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Калифорнийского университета в Беркли впервые решили загадку того, как различные компоненты целого ферментного комплекса теломеразы сочетаются друг с другом и функционируют в трех -размерная структура.
По словам исследователей, создание первой полной визуальной карты фермента теломеразы, который, как известно, играет значительную роль в старении и большинстве раковых заболеваний, представляет собой прорыв, который может открыть множество новых подходов к борьбе с болезнями.
"Все в этой области хотят знать, как выглядит теломераза, и вот она. Я был так взволнован, что едва мог дышать," сказала Джули Фейгон, профессор химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и старший автор исследования. "Мы были первыми, кто это увидел."
Ученые сообщают о положении каждого компонента фермента относительно друг друга и полной организации активного центра фермента. Кроме того, они демонстрируют, как различные компоненты способствуют активности фермента, однозначно коррелируя структуру с биохимической функцией.
Исследование появится 11 апреля в печатном выпуске журнала Nature и доступно в Интернете.
"Мы объединили все возможные методы решения этой структуры и использовали передовые технологические достижения," сказал соавтор Цзянсен Цзян, исследователь, который работает с Фейгон, и соавтор исследования, З. Хун Чжоу, директор Центра электронной визуализации наномашин Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики. "Такой прорыв был бы невозможен пять лет назад."
"Нам действительно нужно было выяснить, как все сочетается друг с другом, как пазл," сказал соавтор Эдвард Миракко, научный сотрудник Национального института здоровья в лаборатории Фейгона. "Когда мы начали приспосабливать структуры с высоким разрешением к капле, появившейся с помощью электронной микроскопии, мы поняли, что все вписывается и имеет смысл с десятилетиями прошлых биохимических исследований. Проект просто расцвел, а капля стала шедевром."
Фермент теломераза – это смесь компонентов, которые объединяются внутри наших клеток для поддержания защитных областей на концах наших хромосом, которые называются теломерами. Теломеры действуют как пластиковые кончики шнурков, сохраняя важную генетическую информацию. Но каждый раз, когда клетка делится, эти теломеры укорачиваются, как медленно горящий фитиль бомбы замедленного действия. В конце концов, теломеры разрушаются до точки, которая становится неприемлемой для клеток, вызывая гибель клеток, которая является нормальной частью процесса старения.
В то время как большинство клеток имеют относительно низкие уровни теломеразы, от 80 до 90 процентов раковых клеток имеют аномально высокую активность теломеразы. Это предотвращает укорачивание теломер и продлевает жизнь этих онкогенных клеток, которые вносят значительный вклад в прогрессирование рака.
Новое открытие создает огромный потенциал для фармацевтических разработок, которые учитывают способ взаимодействия лекарства и целевой молекулы, учитывая форму и химический состав каждого компонента. До сих пор создание лекарства от рака, нацеленного на теломеразу, было во многом похоже на то, чтобы выстрелить стрелой в яблочко с повязкой на глаза. С этой полной визуальной картой исследователи начинают убирать повязку с глаз.
"Ингибирование теломеразы не повредит большинству здоровых клеток, но, по прогнозам, замедлит прогрессирование широкого спектра видов рака," сказал Мирако. "Наша структура может быть использована для руководства при разработке целевых лекарств для ингибирования теломеразы, а используемая нами модельная система также может быть полезна для скрининга лекарств-кандидатов для лечения рака."
Исследователи выяснили структуру теломеразы в Tetrahymena thermophila, одноклеточном эукариотическом организме, в котором ученые впервые идентифицировали теломеразу и теломеры, что привело к Нобелевской премии 2009 года по медицине или физиологии. Исследования теломеразы Tetrahymena в лаборатории соавтора Кэтлин Коллинз, профессора молекулярной и клеточной биологии в Калифорнийском университете в Беркли, заложили генетическую и биохимическую основу для определения структуры.
"Успех этого проекта полностью зависел от сотрудничества наших исследовательских групп," сказал Фейгон.
"На каждом этапе этого проекта были трудности," она добавила. "Нам пришлось преодолеть так много технических препятствий, как в электронной микроскопии, так и в биохимии. Практически все проблемы, которые могли возникнуть, были у нас, и тем не менее на каждом этапе эти препятствия преодолевались новаторски."
По словам исследователей, одним из самых больших сюрпризов была роль белка p50, который действует как шарнир в теломеразе Tetrahymena, обеспечивая динамическое движение внутри комплекса; Было обнаружено, что p50 играет важную роль в активности фермента и в привлечении других белков для присоединения к комплексу.
"Прелесть этой структуры в том, что она открывает перед нами целый новый мир вопросов, на которые мы можем ответить," Фейгон сказал. "Точный механизм взаимодействия этого комплекса с теломерами – активная область будущих исследований."
"Атмосфера и сотрудничество в UCLA действительно поражают меня, и это сочетается с некоторыми из самых современных объектов в округе," Чжоу сказал. "У нас в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе есть передовая электронная микроскопия, которую даже исследователи, не имеющие большого опыта в области электронной микроскопии, могут научиться использовать и извлекать из этого пользу. Это будет действительно полезно по мере продвижения вперед."