Фермент, который действует не так, как остальные: NUDT5 контролирует производство строительных блоков ДНК через структуру, а не катализ

от

Внутри каждой клетки тонко настроенная метаболическая сеть определяет, когда создавать, перерабатывать или прекращать производство необходимых молекул. Центральную часть этой сети составляет фолатный метаболизм — процесс, который обеспечивает жизненно важные химические единицы для синтеза ДНК, РНК и аминокислот.

Когда эта система нарушается — например, из-за генетических мутаций или недостатка пищевых фолатов — последствия могут варьироваться от нарушений развития до рака.

Исследователи из CeMM, Исследовательского центра молекулярной медицины Австрийской академии наук, совместно с коллегами из Оксфордского университета выявили неожиданного участника этого метаболического баланса: фермент NUDT5.

Их исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что NUDT5 помогает отключать производство пуринов — химический путь, который генерирует строительные блоки ДНК, но делает это без использования своей ферментативной активности. Вместо этого белок действует как своего рода молекулярный каркас, который физически ограничивает ключевой этап биосинтеза, когда уровень пуринов уже высок.

Пурины — это важные молекулы, которые клетки используют для построения ДНК и РНК, а также для хранения энергии. Они могут быть переработаны из существующего материала или произведены с нуля через так называемый путь de novo — энергоёмкий процесс, который должен строго контролироваться.

В своём исследовании учёные изучили этот механизм контроля, исследуя клетки с мутациями в гене MTHFD1, важном ферменте в фолатном цикле. Фолатный метаболизм обеспечивает одноуглеродные единицы, необходимые для синтеза пуринов, и дефекты этого пути вызывают редкие генетические заболевания и влияют на риск развития рака.

Используя комбинацию генетического скрининга, метаболомики и химической биологии, команда обнаружила, что белок NUDT5 взаимодействует с другим ферментом, PPAT, который катализирует первый шаг синтеза пуринов. Когда уровень пуринов повышается, NUDT5 связывается с PPAT и, вероятно, переводит его в неактивную форму — по сути, сигнализируя клетке прекратить производство пуринов.

Удивительно, но эта функция NUDT5 не зависит от его известной ферментативной активности, которая расщепляет нуклеотидные производные. Даже когда его каталитический сайт был химически заблокирован или генетически отключён, белок продолжал регулировать синтез пуринов. Только когда NUDT5 был полностью удалён — либо путём генетического нокаута, либо с помощью недавно разработанной молекулы, которая селективно разрушает его, — клетки теряли этот механизм контроля.

Открытие проливает новый свет на то, как клетки ощущают изменения в своей метаболической среде и реагируют на них.

«NUDT5 долгое время классифицировался как фермент, который гидролизует метаболиты», — говорит Стефан Кубичек, главный исследователь в CeMM и старший автор исследования. «Но наша работа показывает совершенно другую роль — он действует как структурный регулятор, который определяет, будет ли клетка продолжать производить пурины или нет».

Этот механизм также может объяснить, почему некоторые клетки становятся устойчивыми к определённым противоопухолевым препаратам. «Многие химиотерапевтические препараты, такие как 6-тиогуанин, действуют, имитируя молекулы пуринов и блокируя синтез ДНК», — объясняет Туан-Анх Нгуен, соавтор исследования. «Но мы обнаружили, что клетки без функционального взаимодействия NUDT5–PPAT были менее чувствительны к этим методам лечения, что позволяет предположить, что мутации в NUDT5 могут способствовать лекарственной устойчивости опухолей».

Ключевая роль NUDT5 в контроле чувствительности к противоопухолевым препаратам также подтверждается аналогичными выводами из лаборатории Ральфа Деберардиниса, опубликованными в том же номере журнала Science.

Кроме того, исследование связывает фолатный метаболизм, синтез пуринов и заболевания, вызванные дефицитом MTHFD1, редким генетическим расстройством, которое влияет на иммунное и неврологическое развитие.

«Поскольку фолатный и пуриновый пути тесно связаны, понимание этой регуляторной сети может в конечном итоге привести к новым терапевтическим подходам», — добавляет Цзюнь-Мин Джордж Лин, соавтор исследования.

Сотрудники лаборатории Киллиана Хюбера в Оксфорде также разработали химический разрушитель под названием dNUDT5, который может выборочно удалять NUDT5 из клеток. Этот инструмент позволит учёным более детально изучить путь и может предложить в будущем возможности для защиты здоровых клеток от побочных эффектов химиотерапии.

«Наши результаты подчёркивают, что ферменты могут действовать не только через химические реакции, которые они катализируют, но и через свою структуру», — заключает Кубичек. «Иногда решающее значение имеет именно физическое присутствие белка».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте