Около 70 процентов всех белков человека включают по крайней мере одну последовательность, состоящую из одной аминокислоты, повторяющейся много раз, с добавлением нескольких других аминокислот. Эти «области низкой сложности» также встречаются в большинстве других организмов.

Белки, содержащие эти последовательности, выполняют множество различных функций, но теперь биологи Массачусетского технологического института придумали способ идентифицировать и изучать их как единую группу. Их метод позволяет им анализировать сходства и различия между LCR разных видов и помогает им определять функции этих последовательностей и белков, в которых они обнаружены.

Используя свою технику, исследователи проанализировали все белки, обнаруженные у восьми различных видов, от бактерий до человека. Они обнаружили, что, хотя LCR могут различаться между белками и видами, они часто выполняют одинаковую роль -; помогая белку, в котором они обнаружены, присоединиться к более крупному комплексу, такому как ядрышко, органелла, обнаруженная почти во всех клетках человека.

Вместо того, чтобы рассматривать конкретные LCR и их функции, которые могут показаться отдельными, потому что они вовлечены в разные процессы, наш более широкий подход позволяет нам увидеть сходство между их свойствами, предполагая, что, возможно, функции LCR в конце концов не так уж несопоставимы. «

Байрон Ли, аспирант Массачусетского технологического института

Исследователи также обнаружили некоторые различия между LCR разных видов и показали, что эти видоспецифичные последовательности LCR соответствуют видоспецифическим функциям, таким как формирование клеточных стенок растений.

Ли и аспирант Нима Джабери-Лашкари являются ведущими авторами исследования, опубликованного сегодня в eLife . Элиезер Кало, доцент биологии Массачусетского технологического института, является старшим автором статьи.

Масштабное исследование

Предыдущие исследования показали, что LCR участвуют во множестве клеточных процессов, включая клеточную адгезию и связывание ДНК. Эти LCR часто богаты одной аминокислотой, такой как аланин, лизин или глутаминовая кислота.

Нахождение этих последовательностей и последующее изучение их функций по отдельности — трудоемкий процесс, поэтому команда Массачусетского технологического института решила использовать биоинформатику; подход, использующий вычислительные методы для анализа больших наборов биологических данных; оценить их как большую группу.

«Что мы хотели сделать, так это сделать шаг назад и вместо того, чтобы рассматривать отдельные LCR, попытаться взглянуть на них все и посмотреть, сможем ли мы наблюдать некоторые закономерности в более широком масштабе, которые могли бы помочь нам понять, что те, у которых есть назначенные функции, а также помогают нам немного узнать о том, что делают те, у которых нет назначенных функций», — говорит Джабери-Лашкари.

Для этого исследователи использовали технику, называемую точечной матрицей, которая представляет собой способ визуального представления аминокислотных последовательностей для создания изображений каждого изучаемого белка. Затем они использовали методы вычислительной обработки изображений для одновременного сравнения тысяч этих матриц.

Используя этот метод, исследователи смогли классифицировать LCR на основе того, какие аминокислоты наиболее часто повторяются в LCR. Они также сгруппировали белки, содержащие LCR, по количеству копий каждого типа LCR, обнаруженного в белке. Анализ этих признаков помог исследователям узнать больше о функциях этих LCR.

В качестве одной из демонстраций исследователи выбрали человеческий белок, известный как RPA43, который имеет три LCR, богатых лизином. Этот белок является одной из многих субъединиц, составляющих фермент, называемый РНК-полимеразой 1, который синтезирует рибосомную РНК. Исследователи обнаружили, что количество копий LCR, богатых лизином, важно для того, чтобы помочь белку интегрироваться в ядрышко, органеллу, ответственную за синтез рибосом.

Биологические сборки

При сравнении белков, обнаруженных у восьми разных видов, исследователи обнаружили, что некоторые типы LCR очень консервативны между видами, а это означает, что последовательности очень мало изменились в течение времени эволюции. Эти последовательности, как правило, обнаруживаются в белках и клеточных структурах, которые также являются высококонсервативными, например, в ядрышках.

«Эти последовательности, по-видимому, важны для сборки определенных частей ядрышка», — говорит Ли. «Некоторые из принципов, которые, как известно, важны для сборки более высокого порядка, по-видимому, действуют, потому что число копий, которое может контролировать, сколько взаимодействий может совершать белок, важно для интеграции белка в этот компартмент».

Исследователи также обнаружили различия между LCR, наблюдаемыми в двух разных типах белков, которые участвуют в сборке ядрышка. Они обнаружили, что ядрышковый белок, известный как TCOF, содержит множество LCR, богатых глутамином, которые могут способствовать формированию сборок, в то время как белки ядрышка, содержащие только несколько таких LCR, богатых глутаминовой кислотой, могут быть задействованы в качестве клиентов (белки, которые взаимодействуют с каркасом). ).

Другой структурой, которая, по-видимому, имеет много консервативных LCR, является ядерный спекл, который находится внутри клеточного ядра. Исследователи также обнаружили много общего между LCR, которые участвуют в формировании более крупных комплексов, таких как внеклеточный матрикс, сеть молекул, которая обеспечивает структурную поддержку клеток растений и животных.

Исследовательская группа также обнаружила примеры структур с LCR, которые, по-видимому, различались между видами. Например, у растений есть отличительные последовательности LCR в белках, которые они используют для создания каркаса своих клеточных стенок, и эти LCR не встречаются у других типов организмов.

Теперь исследователи планируют расширить свой анализ LCR на дополнительные виды.

«Есть так много всего для изучения, потому что мы можем расширить эту карту практически до любого вида», — говорит Ли. «Это дает нам возможность и основу для выявления новых биологических сборок».

Исследование финансировалось Национальным институтом общих медицинских наук, Национальным институтом рака, Центром Людвига в Массачусетском технологическом институте, грантом Национального института здравоохранения для подготовки докторантов и благотворительным фондом Pew Charitable Trusts.