Успешна инвентаризация на протеини в Института по биохимия Centrosome Max Planck
Въпреки че е с размер само на една хилядна от милиметъра, той играе важна роля във всички клетки - центрозомата, клетъчно тяло, изградено от протеини, което е от съществено значение за деленето, оформянето и движението на клетките. Във всяка клетка тя присъства в едно или - преди разделяне - две копия и организира "скелета" на клетката, микротубула цитоскелет. Учени от Института по биохимия на Макс Планк в Мартинсрид близо до Мюнхен и Университета на Южна Дания в Одензе сега внезапно откриха значителен брой неизвестни досега протеини на центрозомата в човешките клетки - успех от голямо медицинско значение, тъй като нарушенията на Центрозомите играят роля при рак, но също и затлъстяване или диабет 2 (Nature, 4 декември 2003 г.). Неправилен състав на центрозомите, в резултат на което важни протеини работят неправилно или напълно липсват, води до нарушаване на клетъчното делене и развитие на тумори.
Въпреки че е с размер едва хилядна от милиметъра, той играе важна роля във всички клетки - центрозомата, клетъчно тяло, изградено от протеини, което е от съществено значение за деленето, оформянето и движението на клетките. Във всяка клетка той присъства в едно или - преди разделяне - две копия и организира "скелета" на клетката, микротубула цитоскелет. Учени от Института по биохимия на Макс Планк в Мартинсрид близо до Мюнхен и Университета на Южна Дания в Одензе изведнъж откриха значителен брой неизвестни досега протеини на центрозомата в човешките клетки - успех от голямо медицинско значение, тъй като нарушенията на Центрозомите играят роля при рак, но също и затлъстяване или диабет 2 (Nature, 4 декември 2003 г.). Неправилен състав на центрозомите, в резултат на което важни протеини работят неправилно или липсват напълно, води до нарушаване на клетъчното делене и развитие на тумори.
В човешкия организъм всяка секунда се извършват няколко милиона клетъчни деления (напр. В кръвта, чревните и кожните клетки): С всяко клетъчно деление съдържанието на клетката се удвоява и разпределя в две нови дъщерни клетки. Същото се случва и с хромозомите, носители на генетичната информация на клетката (ДНК). Тук цитоскелетът на микротубулите образува фина мрежа, разделящото вретено, която е организирана от двете центрозоми на клетката (виж фиг. 1). Центрозомата, като „церемониал“ на клетъчното делене, контролира делителното вретено и гарантира, че хромозомите, които се дублират по време на клетъчното делене, са равномерно разпределени между двете новосъздадени дъщерни клетки и че цялата информация и функциите на оригиналната клетка са „наследени“. В туморните клетки това разделение на хромозомите и центрозомите често се нарушава и могат да възникнат клетки с твърде много или твърде малко хромозоми.
Учените знаят за централната роля на центрозомата в клетката от повече от сто години. За неговата структура и функция обаче се знае много малко. Сега клетъчните биолози на Martinsried от отдела на Ерих Ниг успяха да определят състава на протеините (протеомика) на центрозомата в един изследователски проект. За целта изследователите изолират центрозомите от клетъчните култури и след това работят с датските си колеги, за да определят отделните протеини, които се срещат в центрозомата. Учените от Odense са специалисти в областта на протеиновия анализ с помощта на масова спектрометрия: Тук протеините се йонизират и след това се анализират и идентифицират за тяхната маса в газовата фаза. Досега само няколко протеини или протеинови компоненти (пептиди) са идентифицирани с помощта на методите на масовата спектрометрия, но учените, работещи с Матиас Ман в Одензе, сега са разработили метод, с който са в състояние да извлекат отделни протеини от смес от много стотици протеини или пептиди или за идентифициране и количествено определяне на пептиди ("Профилиране на протеинова корелация").
Предизвикателството при изследването на центрозомните протеини беше първо да се изолират с високо качество. След това общо 1000 намерени протеина бяха сравнени в бази данни с вече известните центрозомни протеини. Учените установили, че в допълнение към 60-те известни протеина, те са идентифицирали 19 други, напълно неизвестни протеини и също така са открили 41 протеина, които е много вероятно да бъдат открити в центрозомата. По този начин двете изследователски групи успяха да удвоят броя на известните центрозомни протеини в своето проучване, което продължи малко под две години.
Ясното разпределяне на протеините към центрозомата беше извършено от Кристофър Дж. Уилкинсън и неговите колеги от Мартинсрид. Работната група, ръководена от Ерих Ниг, се занимава с човешката центрозома и по-специално с нейната роля в клетъчното делене и развитието на тумори в продължение на много години. С помощта на имунофлуоресцентна микроскопия изследователите успяха ясно да демонстрират локализацията на 19 протеина в центрозомата. За целта учените свързват протеините с друг протеин, който флуоресцира при излагане на светлина с определена дължина на вълната (GFP = "зелен флуоресцентен протеин"). По този начин беше възможно да се проследят протеините по време на клетъчното делене под микроскоп и да се наблюдава, че тези 19 протеина всъщност се срещат в центрозомата.
„Успяхме да идентифицираме голям брой протеини за много кратко време“, казва Уилкинсън. "Досега беше възможно да се концентрираме само върху един протеин в едно проучване, но благодарение на ефективното сътрудничество с екипа на Матиас Ман, успяхме да изследваме протеома, т.е. целия протеинов състав на центрозомата. Това никога не е било постигано преди. С нашите резултати вече не сме далеч от познаването на целия протеинов състав на центрозомата. "
Важността на тези нови открития за изследване на човешките заболявания е очевидна: един от протеините, които учените вече са идентифицирали като центрозомни, е свързан с развитието на рак на лимфните възли (В и Т клетъчен лимфом). Учените също така откриха част от протеин, който е приписан на така наречения протеин на синдрома на Alström и участва в развитието на затлъстяване, диабет тип 2 и невросензорна дегенерация. Идентифицирането на този голям брой компоненти на центрозомата отваря напълно нови перспективи, за да изясни тяхната регулация, функция и взаимодействие един с друг и с други клетъчни протеини в по-нататъшни изследвания. [ED/AT]
Оригинална публикация:
Andersen J S, Wilkinson C J, Mayor T, Mortensen P, Nigg E A, Mann M: Протеомична характеристика на човешката центрозома, използвайки профилиране на корелацията на протеини. Nature, том 426, № 6966, стр. 570-574, 4 декември 2003 г.
Nigg E A: Центрозомни отклонения: причина или последица от прогресията на рака? Nat Rev Рак. 2002 ноември; 2 (11): 815-25.
Aebersold R, Mann M: Протеомика, основана на масова спектрометрия. Nature Vol. 422, стр. 198-207, 13 март 2003 г.
За повече информация, моля свържете се с:
Ева-Мария Диел (Връзки с обществеността)
Институт по биохимия Макс Планк, Мартинсрид