Здоровые клетки постоянно расщепляют белки и создают новые с помощью ферментов, метко названных «у unfoldases», поскольку они разворачивают белки, помеченные для уничтожения или переработки.
Новое исследование с использованием электронной микроскопии демонстрирует, как VCP, один из таких ферментов, физически взаимодействует с ферментами удаления меток, называемыми DUBs.
Результаты исследования
Результаты показывают, как эти два фермента работают в тандеме для обработки белков и могут иметь значение для изучения таких заболеваний, как болезни, связанные с нейродегенерацией. Исследование [опубликовано](https://rupress.org/jcb/article/224/5/e202410148/277322/Structural-insights-into-the-coupling-between-VCP) в Journal of Cell Biology.
«Дисфункция VCP связана с нейродегенеративными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера», — говорит первый автор Лорен Востал, аспирантка лаборатории Таруна Капора, а ныне старший научный сотрудник Boehringer Ingelheim. «Возможность увидеть физический контакт между VCP и DUBs может дать представление о том, как эти два фермента координируют регуляцию деградации белка».
Клетки поддерживают протеостаз
Клетки поддерживают протеостаз — тщательный баланс количества присутствующих белков — с помощью ряда скоординированных механизмов, обеспечивающих согласованность скоростей синтеза и деградации. Поскольку некоторые белки не могут быть расщеплены, пока они сначала не будут развёрнуты, такие ферменты, как VCP, играют решающую роль в этой системе.
Как только белок помечен для деградации или переработки, VCP пропускает обречённый белок через свою центральную пору. Там, если белок предназначен для переработки, он должен потерять свою функциональную метку; если его нужно уничтожить, по крайней мере часть метки должна остаться нетронутой.
Исследователи давно подозревали, что DUBs играют роль в удалении этих меток. Но хотя в предыдущих исследованиях было подробно описано, как субстраты пропускаются через VCP, последний шаг — как VCP взаимодействует с DUBs для координации этого окончательного среза — оставался загадкой.
«Точная связь между этими ферментами необходима», — говорит Капор. «Если метка будет удалена до развёртывания, это предотвратит любую обработку белка. Поэтому важно, чтобы мы это понимали».
Капор, Востал и их коллеги поняли, что визуализация VCP в комплексе с DUB станет важным шагом к пониманию того, как VCP координирует деградацию белка — актуальный вопрос, учитывая, что VCP сверхэкспрессируется при раковых заболеваниях и мутирует при нейродегенеративных расстройствах.
Если нарушение регуляции этой системы связано с болезнями, связанными с агрегацией белков, лучшее понимание её структуры и механизма может помочь исследователям разработать лекарства для борьбы с ней.
Для создания структурной модели взаимодействий VCP-DUB команда использовала масс-фотометрию одиночных молекул, чтобы продемонстрировать, что VCP образует стабильный комплекс с DUB, называемым VCPIP1, в растворе. Этот метод был особенно полезен, поскольку позволил команде оценить прочность связывания, стехиометрию и эффекты специфических мутаций или усечений.
Затем команда обратилась к криоэлектронной микроскопии и ряду биохимических анализов, с помощью которых они дополнительно проанализировали взаимодействие между VCP и VCPIP1, в конечном итоге получив две структуры комплекса и продемонстрировав, что активность DUB VCPIP1 стимулируется в присутствии VCP.
Модель того, как VCP и DUBs могут объединяться для регулирования обработки белков, начала формироваться. До трёх молекул VCPIP1 могут связываться с одним гексамером VCP, располагая свои каталитические сайты прямо под центральной порой VCP — именно там появляются развёрнутые белки. Это идеальная схема: VCP выполняет развёртывание, а VCPIP1 обрезает метки только после этого шага.
Более того, VCP смог активировать VCPIP1 даже без использования АТФ в качестве источника энергии, предполагая, что их физического взаимодействия достаточно для повышения ферментативной активности. Команда также обнаружила, что, когда третья молекула VCPIP1 связывает VCP, она изменяет форму комплекса, чтобы освободить место для сложенных меток — важный шаг, поскольку VCPIP1 может разрезать метку только после того, как она будет переформирована после прохождения через пору.
Это убедительная схема, которая может иметь значение для разработки лекарств, нацеленных на болезни, связанные с агрегацией белков, такие как болезнь Альцгеймера. Но модель ещё не доказана. Капор и его коллеги изучили взаимодействие двух ферментов только в их собственном взаимодействии, без присутствия помеченного субстрата. В будущих исследованиях они планируют добавить такой белок, который VCP обычно разворачивает, чтобы увидеть, будет ли комплекс VCP-VCPIP1 вести себя так, как предполагалось, при выполнении своей работы.
«Теперь, когда мы знаем, что взаимодействие между VCP и DUB может происходить, может ли субстрат связываться, когда DUB связан?» — задаётся вопросом Востал. «Это следующий фундаментальный вопрос научных исследований».
Предоставлено
[Rockefeller University](https://phys.org/partners/rockefeller-university/)