Первая 3D-модель белка, связанного с врожденными дефектами и развитием рака

Международная группа исследователей под руководством ученых из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США (DOE) впервые получила детальную и полную картину белкового комплекса, связанного с врожденными дефектами человека, а также с прогрессированием многих форм рака. Знание архитектуры этого белка, PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2), должно помочь в будущем при разработке новых и улучшенных терапевтических препаратов.

"Мы представляем полную молекулярную организацию человеческого PRC2, которая дает бесценный структурный контекст для понимания всех предыдущих биохимических и функциональных данных, собранных об этом комплексе", — говорит биофизик Berkeley Lab Ева Ногалес, эксперт по электронной микроскопии, руководившая исследованием.

Ногалес и Клаудио Чиферри (ранее постдок в лаборатории Ногалес, ныне в Novartis Vaccines and Diagnostic) являются авторами статьи в журнале eLife под названием "Molecular Architecture of Human Polycomb Repressive Complex 2".

Связь PRC2 с эмбриональным развитием хорошо установлена не только для человека, но и для всех эукариотических организмов. PRC2 контролирует дифференцировку стволовых клеток, регулируя экспрессию определенных генов через связывание и метилирование гистонов — белков в хроматине, которые помогают упаковывать ДНК в нуклеосомы.

Несмотря на многочисленные биохимические исследования PRC2, мало что было известно об общей архитектуре белка и о том, как его различные компоненты взаимодействуют для координации связывания и метилирования гистонов. Ногалес, Чиферри и их коллеги восполнили этот пробел, построив модель на основе данных трехмерной электронной микроскопии, масс-спектрометрии, белковой биохимии, докинга кристаллических структур и химического сшивания.

Построенная 3D-модель представляет структурную реконструкцию с разрешением 21 Å и показывает комплекс PRC2 со всеми его субъединицами и функциональными доменами, связанный с белком "AEBP2", который служит стабилизирующим кофактором для PRC2. Комплекс PRC2-AEBP2 состоит из четырех крупных долей, соединенных двумя узкими "руками". В структуре четко идентифицированы области взаимодействия PRC2 и AEBP2.

"Эта надежная модель показывает общую архитектуру и доменную организацию комплекса PRC2-AEBP2 с беспрецедентной детализацией", — говорит Ногалес. Модель также дает основу для понимания того, как различные элементы комплекса PRC2, участвующие в регуляции модификации гистонов, могут действовать независимо или синергетически в ответ на разные хроматиновые среды.

Новая модель не только систематизирует предыдущие биохимические данные о PRC2, но и указывает путь к новым проверяемым гипотезам о том, как PRC2 взаимодействует с хроматином. Например, авторы локализовали молекулярные структуры отдельных доменов, участвующих в связывании и метилировании гистонов. Данные предполагают механизм работы PRC2 в хроматиновой среде.

"PRC2 рекрутируется в определенные сайты вдоль ДНК, которые необходимо "замолчать", с помощью регуляторов, таких как AEBP2", — объясняет Ногалес. "Наша локализация доменов дает важную информацию о том, как PRC2 может связывать нуклеосомы в процессе подавления генов. Такая информация может быть использована для направленного создания делеционных или сшивающих мутантов в будущих усилиях по дизайну лекарств".