חלבונים אנושיים עוברים מגוון של שינויים כימיים בעקבות הסינתזה שלהם. שינויים אלה מווסתים את המבנה, התפקוד והיציבות שלהם. חוקרים מקבוצת Bhogaraju ב-EMBL Grenoble פיתחו שיטה חדשה לחקור סוג קריטי של תהליך שינוי חלבון הנקרא ubiquitination. Ubiquitination ממלא תפקיד אינטגרלי בתפקודים תאיים מגוונים, וחוסר הוויסות שלו תורם למחלות אנושיות רבות, כולל ניוון עצבי וסרטן.
במהלך Ubiquitination, קבוצה של אנזימים בשם E3 ubiquitin ligases מחברת חלבון קטן בשם Ubiquitin לחלבונים אחרים. תיוג זה, בתורו, עוזר לקבוע את גורלו של החלבון הממוקד. Ubiquitination הוא נפוץ מאוד בבני אדם וההערכה היא שכל חלבון אנושי עובר Ubiquitination לפחות פעם אחת בחייו.
מגוון התפקודים התאיים של Ubiquitination בא לידי ביטוי בקיומם של למעלה מ-600 גנים E3 ליגאז אנושיים, המייצגים ~3% מהגנום האנושי. מיפוי נוף חלבוני היעד האנושי E3 יכול לעזור לנו להבין את תפקידם ובסופו של דבר לכוון אותם לטיפולים.
עם זאת, מספר משמעותי של ליגזות E3 והמטרות שלהן נותרו מאופיינים בצורה גרועה, אחת הסיבות היא האופי החולף ביותר של האינטראקציה ביניהם. השיטות הנוכחיות למיפוי אינטראקציות כאלה הן גם עתירות משאבים, מה שמגביל את השימוש ואת יכולת ההרחבה שלהן.
כדי לפתור בעיה זו, קבוצת Bhogaraju, אשר חוקרת מסלולי Ubiquitination בהקשרים פיזיולוגיים שונים, פיתחה שיטה פשוטה וחסכונית, בשם Ub-POD, לתיוג במהירות ובקלות את המטרות של אנזים E3 ligase נתון ישירות בתאים אנושיים.
העבודה, שפורסמה לאחרונה בכתב העת התקדמות המדעהובל על ידי Urbi Mukhopadhyay, פוסט-דוקטורנט EMBO בקבוצת Bhogaraju, שמצא דרך לתייג ביעילות את המטרות שנמצאות בכל מקום של ליגאז E3 נתון עם ביוטין ישירות בתוך התאים. זה מאפשר לזהות את המטרות מאוחר יותר באמצעות טכניקה הנקראת ספקטרומטריית מסה כמותית. ביוטין הוא תרכובת אורגנית קטנה שניתן לחבר ביוכימית לחלבונים בעלי עניין ולהשתמש בהם כדי לבודד אותם מדגימה מעורבת.
פשטות השיטה והשימוש בכימיקלים נפוצים גורמים לכך שניתן להשתמש בה בכל מקום בעולם, בכל מעבדה שיש בה מתקנים בסיסיים לביולוגיה מולקולרית.
באמצעות שיטה זו וכהוכחה לעיקרון, החוקרים זיהו מטרות חדשות של ליגזות E3, RAD18 ו-CHIP, המעורבות בסרטן ובמחלות ניווניות עצביות, בהתאמה. המעבדה של כריסטיאן בהרנד באוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן (LMU), מינכן, שהם משתפי פעולה של קבוצת Bhogaraju, יישמו שיטה זו גם על TRAF6 – עוד E3 ligase ומווסת איתות חיסוני קריטי – וזיהו בהצלחה מצעים ידועים וחדשים.
בעתיד, הצוות מתכנן ליישם שיטה זו על כל אנזימי ה-E3 האנושיים הידועים.
אנו מאמינים שזה יעזור למלא את הפער במרחב הטיפולי בין משפחת הקינאזות של החלבונים למשפחת הליגאזים של האוביקוויטין. למרות אירוח של מספר דומה של אנזימים, ישנם כ-80 תרופות טיפוליות מאושרות ה-FDA המכוונות לקינאזות, בעוד שרק קומץ תרופות מכוונות למערכת האוביקוויטין. השיטה שפיתחנו תתרום להרחבת היקף ליגאזות E3 או המצעים שלהן כמטרות תרופות".
Sagar Bhogaraju, ראש קבוצה, EMBL Grenoble
