«Я профессиональный искатель булавок в стоге сена», — отвечает генетик Тийн Бруммелькамп, когда его спрашивают, почему он преуспевает в отслеживании белков и генов, которые другие люди не нашли, несмотря на то, что некоторым из них удалось остаться неуловимыми в течение стольких лет. целых сорок лет. Его исследовательской группе в Нидерландском институте рака снова удалось отследить один из этих «загадочных генов» — ген, который обеспечивает создание конечной формы белка актина, основного компонента нашего клеточного скелета. Эти выводы были опубликованы сегодня в журнале Science .

Клеточные биологи очень интересуются актином, потому что актин — белок, которого мы производим более 100 кг в течение жизни, — является основным компонентом клеточного скелета и одной из самых распространенных молекул в клетке. В больших количествах его можно найти в каждом типе клеток, и у него много назначений: он придает клетке форму и делает ее более твердой, он играет важную роль в делении клеток, может продвигать клетки вперед и придает силу нашим мышцам. Люди с дефектными белками актина часто страдают от мышечных заболеваний. Многое известно о функции актина, но как создается окончательная форма этого важного белка и какой ген за ней стоит? «Мы не знали», — говорит Бруммелькамп, чья миссия — выяснить функцию наших генов.

Генетика в гаплоидных клетках человека

Бруммелькамп разработал для этой цели ряд уникальных методов на протяжении своей карьеры, что позволило ему двадцать лет назад первым широко инактивировать гены для своих генетических исследований в клетках человека. «Вы не можете скрещивать людей, как плодовых мушек, и посмотрите, что получится». С 2009 года Бруммелькамп и его команда используют гаплоидные клетки — клетки, содержащие только одну копию каждого гена вместо двух (одну от отца и одну от матери). Хотя эта комбинация двух генов составляет основу всего нашего существования, она также создает нежелательный шум при проведении генетического эксперимента, потому что мутации обычно происходят только в одной версии гена (например, той, что принадлежит вашему отцу), а не в другой.

Многоцелевой метод генетики в клетках человека

Вместе с другими исследователями Бруммелькамп использует этот многоцелевой метод для поиска генетических причин определенных состояний. Он уже показал, как вирусу Эбола и ряду других вирусов, а также некоторым формам химиотерапии удается проникнуть в клетку. Он также исследовал, почему раковые клетки устойчивы к определенным видам терапии, и обнаружил в раковых клетках белок, который тормозит иммунную систему. На этот раз он отправился искать ген, отвечающий за созревание актина — и, как следствие, скелет клетки.

В поисках ножниц

Прежде чем белок будет полностью «закончен» — или созреет, как его описывают исследователи в журнале «Science», — и сможет полностью выполнять свою функцию в клетке, он обычно сначала должен быть лишен определенной аминокислоты. Эта аминокислота затем вырезается из белка парой молекулярных ножниц. То же самое происходит и с актином. Было известно, с какой стороны актина отрезана соответствующая аминокислота. Однако никому не удалось найти фермент, действующий в этом процессе как ножницы.

Питер Хаар, постдок в группе Бруммелькампа, работал над следующим экспериментом: сначала он вызывал случайные мутации (ошибки) в случайных гаплоидных клетках. Затем он отобрал клетки, содержащие незрелый актин, добавив к своим клеткам флуоресцентно меченные антитела, точно соответствующие месту, где аминокислота отрезана. В качестве третьего и последнего шага он исследовал, какой ген мутировал после этого процесса.

Они назвали это «ACTMAP».

Затем наступил момент «эврики»: Хаар проследил молекулярные ножницы, которые вырезали незаменимую аминокислоту из актина. Эти ножницы оказались под контролем гена с ранее неизвестной функцией; ни один исследователь никогда не работал с. Это означает, что исследователи смогли сами назвать ген и остановились на ACTMAP (ACTin Maturation Protease).

Чтобы проверить, приводит ли отсутствие ACTMAP к проблемам у живых существ, они отключили ген у мышей. Они заметили, что актин в клеточном скелете этих мышей остался незавершенным, как и ожидалось. Они были удивлены, обнаружив, что мыши остались живы, но страдали от мышечной слабости. Исследователи провели это исследование вместе с учеными из VU Amsterdam.

Еще ножницы нашли в скелете клетки

ACTMAP — не первый загадочный ген, обнаруженный Бруммелькампом, который играет роль в функционировании нашего клеточного скелета. Используя тот же метод, его группа за последние годы смогла обнаружить три неизвестных молекулярных ножницы, которые вырезают аминокислоту из тубулина, другого основного компонента клеточного скелета. Эти ножницы позволяют тубулину правильно выполнять свои динамические функции внутри клетки. Последние ножницы (MATCAP) были обнаружены и описаны в журнале Science в этом году. Благодаря этой более ранней работе над клеточным скелетом Бруммелькампу удалось прийти к актину.

Миссия: составить карту всех 23 000 генов

К сожалению, наше новое открытие об актине не говорит нам, как вылечить определенные мышечные заболевания. Но мы предоставили новые фундаментальные знания о клеточном скелете, которые позже могут быть полезны другим».

Тийн Бруммелькамп, генетик

Более того, Бруммелькамп, чья миссия состоит в том, чтобы в один прекрасный день составить карту функций всех наших 23 000 генов, может отметить еще один новый ген в своем гигантском списке. В конце концов, мы не знаем, что делает половина наших генов, а это значит, что мы не можем вмешаться, когда что-то пойдет не так.