Тип фермента, который отмечается при некоторых видах рака, — это семейство аденозиндезаминаз, действующих на РНК (ADARs). Эти ферменты преобразуют аденозины в двухцепочечной РНК (dsRNA) в инозины, которые клетки считывают как гуанинозы. Таким образом, ADARs могут способствовать изменениям в кодирующих белок последовательностях и снижать эффективность различных процессов РНК.
Исследования показали, что подавление активности одного из типов ADAR — ADAR1 — может предотвратить пролиферацию рака и повысить чувствительность опухолей к иммунотерапии. Это позволяет предположить, что ADAR1 может стать перспективной мишенью для лечения рака.
Однако до сих пор было сложно получить информацию о структурной динамике ADAR1 из-за его размера и сложности. Теперь исследователи объединили высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM) и 3D-моделирование, чтобы пролить свет на конформации фермента и его взаимодействие с dsRNA.
Команда исследователей
Команду возглавляли Мадху Бияни из Университета Канадзава, WPI-NanoLSI, Ясухиро Исогай из Университета префектуры Тояма и Маниш Бияни из Ishikawa Create Labo и Университета Квансей Гакуин. Их результаты опубликованы в Nature Communications.
Методы исследования
Подобно многим белкам, ADAR1 функционирует за счёт изменений своей конформации. Однако большинство экспериментальных методов определения структуры белка, а также алгоритмы 3D-моделирования дают статические или усреднённые конформации, которые скрывают структурную динамику, столь важную для функции белка.
Сочетание 3D-моделирования с HS-AFM оказалось полезным для изучения этих динамических аспектов ADAR1. Исследователи сначала использовали 3D-моделирование на основе алгоритма машинного обучения AlphaFold2 для прогнозирования конформаций фермента и отметили, что он может принимать форму мономеров, димеров, тримеров и тетрамеров. Наблюдения с помощью HS-AFM, а также теоретически смоделированный HS-AFM, подтвердили эти первоначальные выводы относительно возможных олигомерных образований.
Затем исследователи изучили конформации, которые фермент образует в присутствии двухцепочечной РНК (dsRNA). В частности, исследователи сосредоточились на определённом участке мРНК aryl hydrocarbon receptor 3’UTR как мишени для ADAR1, поскольку известно, что этот рецептор участвует в метаболизме чужеродных для организма веществ.
Наблюдения за dsRNA с помощью HS-AFM не только согласуются с предыдущими структурными исследованиями, но и позволяют получить представление о структуре целевого региона. Благодаря скорости и разрешению захвата изображений HS-AFM исследователи смогли идентифицировать различные конформации в белках, которые, по-видимому, связаны с различными фазами процесса дезаминирования.
В исследовании исследователи объясняют, как ADAR1 сначала ищет dsRNA и, распознав её, принимает гибкую конформацию при приближении. Затем фермент вступает во взаимодействие, которое исследователи описывают как «захват» основы dsRNA, для чего конформация переходит в более стабильную и якорную.
Исследователи подчёркивают роль dsRNA-связывающих доменов (dsRBDs) в стабилизации взаимодействия с dsRNA на этом этапе. Они также отмечают «заметно большое межфазное взаимодействие между доменами дезаминазы, образующее димер» в процессе, когда фермент димеризуется на dsRNA.
Впоследствии фермент сканирует РНК и диссоциирует для поиска сайтов аденозина, которые необходимо конвертировать. «Эти наблюдения позволяют предположить, что dsRBDs имеют решающее значение для инициирования взаимодействий между доменами дезаминазы, тем самым способствуя формированию стабильного функционального димерного комплекса, способного эффективно связывать и катализировать редактирование субстратов dsRNA», — заключают исследователи в своём отчёте, тем самым отмечая, какие идеи предлагает это исследование для дальнейшей работы над возможными методами лечения рака.
Исследователи предлагают в будущем сравнить ADAR1 и ADAR2, а также провести анализ мутаций, чтобы прояснить, как димеризация ADAR1 влияет на редактирование РНК по типу A-to-I, в конечном итоге стремясь разработать эффективные ингибиторы ADAR1.
Предоставлено Университетом Канадзава.