Изследователи от UNSW Сидни за първи път дефинираха напълно основния клетъчен процес, известен като метилиране. В статия, публикувана в Сборник на Националната академия на науките / Proceedings of the National Academy of Sciences /, забележителното проучване подчертава съществената роля, която метилирането играе в създаването на протеини.
Метилирането е химическа реакция, при която малка молекула, известна като метилова група, се добавя към ДНК, протеини или други молекули или „тагове“. Процесът на метилиране може да повлияе на поведението на клетката, например чрез стимулиране на развитието и диференциацията на стволовите клетки.
Заедно д-р Джошуа Хейми и професор Марк Уилкинс от Колежа по BABS напълно дефинираха какви протеини в клетката на дрождите носят метилови групи, къде се намира маркерът и какви машини са използвани, за да ги поставят там.
„Има някои аспекти на клетката, които са напълно разбрани от известно време, като ДНК последователността на много геноми“, казва д-р Хейми, водещ автор на изследването. Въпреки това, други системи, като клетъчното химическо маркиране на протеини, почти никога не се разбират систематично.
„Използвахме формален метод, за да разберем какво точно не знаем за метилирането“, казва д-р Хейми. Чрез преглед на цялата съществуваща литература за метилирането, учените стигнаха до заключението, че ние всъщност познаваме по-голямата част от този процес и остава много малко за дооткриване.
„Ние предложихме почти пълна картина на тази система“, разказва д-р Хейми. „И докато това предполага, че няма повече подробности за откриване в тази област, това отваря вълнуващи нови въпроси за системата като цяло и какво всъщност прави този маркер за метилиране.“
Винаги ли има какво още да се открие?
„Нашата работа е да се опитаме да разберем как клетките управляват информацията и вземат решения“, казва проф. Уилкинс. "Това е важно, тъй като клетките вземат решения през цялото време за да се адаптират към промените в околната среда, да променят това, което правят, да продължат да растат или да умрат."
Нещо, което е ясно от известно време е, че в клетката протеините могат да бъдат маркирани с малки молекули, които служат като единици информация или данни. Но досега никога не сме знаели, за която и да е клетка, точно колко от който и да е вид белтъчен етикет има клетката и какви машини клетката използва, за да ги постави там.
Системата на метилиране включва ензими, които модифицират друг протеин чрез добавяне на малка молекула, в този случай метилова група, и я „маркират“. Добавянето на метилови групи може да повлияе на това как някои молекули действат в тялото и промените в моделите на метилиране на гени или протеини могат да повлияят на риска от развитие на определени заболявания, включително рак.
„Това е пространството, в което работим експериментално от много дълго време“, поясни проф. Уилкинс. „Определих се да характеризирам този конкретен тип клетъчна модификация [метилиране], но с фокус върху работата вътре в дрождите, като модел на организъм за човешки и животински клетки.“
През годините проф. Уилкинс, д-р Хейми и други, работещи в областта, откриха повече характеристики на този процес, докато не се стигна до точката, че все по-малко и по-малко характеристики бяха идентифицирани.
„В определен момент колкото повече опитвахме, толкова по-малко успявахме да намерим нещо“, казва д-р Хейми. „Съществуващата парадигма в тази област е, че винаги има още какво да се открие. Но тази статия оспорва тази идея.“
Определяне на системата на метилиране
Заедно д-р Хейми и проф. Уилкинс систематично анализират цялата съществуваща литература за процеса на метилиране в дрождите. „Намерихме начин да каталогизираме доказателствата за и против това, че има „още“ за откриване в биологичната система на метилиране“, казва проф. Уилкинс.
Във всеки процес на метилиране има връзка между два протеина (ензимът, носещ метиловата група, и протеинът, който се метилира), които съставляват основната единица на тази система. „Така че, ако има още какво да се открие, по същество ще има взаимодействие между тези два протеина, за което не знаем“, казва д-р Хейми.
„Успяхме да използваме знанието за тази връзка, за да каталогизираме съществуващите доказателства и да определим дали има повече от тези връзки, които остават неизвестни - и ако да, колко.“
Чрез този систематичен процес те стигнаха до заключението, че метилирането по същество е напълно разбрано в дрождите на моделния организъм.
Контролиране на клетъчния растеж и поведение
Голям брой от тези събития на метилиране са много важни за контролиране на реакцията на клетката към външни сигнали, както и за сигнализиране вътре в клетката. Тези сигнални процеси са важни за контролиране на състоянието на клетката - по-специално на машината, която изгражда протеини.
„В резултат на нашия систематичен преглед можем да кажем, че тази система изглежда е свързана най-вече с контролирането на начина, по който клетката произвежда протеини, което е централно за това как клетката функционира“, казва д-р Хейми.
Наличието на пълна картина на метилирането и неговата съществена роля в протеиновия синтез отваря нови пътища за това как можем да контролираме аспекти на клетъчния растеж и поведение.
„Фокусирахме работата си върху клетката на дрождите – която има много прилики с човешката клетка, но е по-лесна за изучаване – и констатациите имат пряко въздействие върху манипулирането на дрожди в неща като варене, печене и биогорива, както и как дрождите и гъбичните инфекции при пациенти – като кандидоза и тинеа – потенциално могат да бъдат лекувани“, казва проф. Уилкинс.
„Нещо повече, сега, след като имаме тази пълна картина, ние сме в състояние да задаваме систематични въпроси за това защо тази система е еволюирала и каква е нейната функция в контролирането на централните биологични процеси“, казва д-р Хейми. „Това са въпросите, които сега разглеждаме", допълва той.
Предоставено от Университета на Нов Южен Уелс
Превод и редакция: Оля Ал-Ахмед