Исследование раскрывает редкую смену функции фермента при сборке бактериальной системы защиты
Учёные обнаружили ранее невиданное явление в белке: в одиночестве фермент обрабатывает ДНК и РНК, но, связываясь с другим белком в составе защитной системы, взаимодействует с совершенно другим типом соединения, помогая бактериям совершить самоубийство.
Это открытие было сделано в ходе детального изучения работы защитного механизма у бактерий, заражённых фагами — вирусами, которые вторгаются и размножаются внутри бактериальных клеток. Эксперименты не только детализировали структуры белков и сайты связывания, но и выявили беспрецедентное переключение ферментативных функций.
«Это было крупное открытие», — сказал старший автор исследования Тяньминь Фу. «Когда белки образуют комплекс, это обычно усиливает или ослабляет активность фермента — но мы никогда не видели полной смены функции. Это совершенно ново для энзимологии».
В более широком смысле, лучшее понимание того, как бактерии используют защитные системы для самоуничтожения, может быть использовано для создания терапий, которые заставят раковые клетки запрограммировать собственную гибель.
Исследование опубликовано в Molecular Cell.
При заражении фагами бактерии выбирают смерть, чтобы предотвратить захват бактериального сообщества. Изучаемый комплекс, комбинация белков SIR2 и HerA, был идентифицирован наряду с сотнями других бактериальных систем защиты в предыдущих геномных исследованиях.
В модели E. coli исследователи использовали криоэлектронную микроскопию для определения биохимических структур белков по отдельности, во время и после их сборки в супрамолекулярный комплекс.
Анализ показал, что SIR2 и HerA имеют сродство друг к другу: SIR2 выполняет роль организатора кластеров HerA перед формированием комплекса из шести идентичных субъединиц. Однако триггер их соединения остаётся загадкой.
Результаты показали, что собранный комплекс может существовать в бактериях без последствий, что указывает на наличие механизма ингибирования, пока не появится фаг. При введении фагов бактерии быстро погибали, истощая жизненно важную для них малую молекулу NAD+. Механизм активации этой защиты также пока неизвестен.
Эксперименты подтвердили, что именно SIR2 ответственен за истощение NAD+, что стало неожиданностью. Первичная функция SIR2 как нуклеазы — переваривание нуклеиновых кислот для поддержания функций клетки. Но при связывании с HerA в составе защитной системы его ферментативная функция переключилась — SIR2 стал NADазой, которая запускает реакцию с участием воды для расщепления NAD+.
«Теперь мы хотим решить этот фундаментальный биологический вопрос — как сборка комплекса переключает активность SIR2 с нуклеазы на NADазу?» — сказал Фу.
Фу также представляет будущий инструментарий синтетической биологии, в котором бактериальные уловки адаптируют для уничтожения раковых клеток.