Un nuovo studio dei ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison ha identificato la base strutturale del modo in cui i complessi proteici strettamente legati vengono spezzati per diventare inattivati. La struttura spiega perché i complessi sono meno attivi in ​​alcuni tumori e malattie neurodegenerative, e offre un punto di partenza per identificare bersagli farmacologici per riattivarlo.

Mentre cresciamo, le nostre cellule rispondono a segnali strettamente regolati che dicono loro di crescere e dividersi fino a quando non hanno bisogno di svilupparsi in tessuti e organi specializzati. La maggior parte delle cellule adulte è specializzata, e rispondono correttamente ai segnali che dicono loro di smettere di crescere. I tumori possono svilupparsi quando qualcosa va storto con quei segnali.

Uno di questi segnali "fermati e specializza" si trova con i complessi proteici noti come PP2A. Esistono circa 100 complessi PP2A noti, e insieme si stima che regolino quasi un terzo di tutte le proteine ​​cellulari. Questi complessi sono costituiti da un nucleo che è inattivo fino a quando non si mescola e si abbina con una delle numerose proteine ​​​​specifiche per formare strettamente legate, complessi PP2A attivi. La PP2A attiva utilizza questi partner di specificità per trovare i suoi bersagli - tipicamente proteine ​​pro-crescita - e li inattiva. PP2A è un segnale critico, poi, nel tenere sotto controllo la crescita cellulare e nel mantenere le normali funzioni neurologiche. Non sorprendentemente, è mutato in molti tumori e disturbi neurologici.

"Sappiamo molto su come si formano i complessi PP2A attivi e stiamo identificando sempre più i loro bersagli nelle cellule, ma sappiamo molto poco su come vengono inattivati, " spiega Yongna Xing, un professore associato di oncologia con l'UW Carbone Cancer Center e il McArdle Laboratory for Cancer Research e l'autore senior di un nuovo studio pubblicato oggi (22 dicembre, 2017) in Comunicazioni sulla natura . "È un complesso molto stretto, è quasi come una roccia, ma ci deve essere un modo per romperlo".

Il lavoro precedente di Xing ha mostrato che PP2A è inattivo quando una proteina regolatrice, 4, è allegato. Però, quando i complessi PP2A attivi sono stati sfidati con 4, sono rimasti attivi, il che significa che doveva esserci un altro innesco che ha spezzato il complesso.

Nel nuovo studio, Xing e i suoi colleghi identificano quell'innesco come la proteina TIPRL. Quando hanno sfidato i complessi PP2A attivi con 4 e TIPRL, i complessi si disgregarono. Prossimo, hanno determinato la struttura tridimensionale di TIRPL con PP2A attraverso una tecnica nota come cristallografia a raggi X.

"La struttura mostra come TIPRL può attaccare i complessi PP2A attivi anche se ha un'affinità molto inferiore rispetto alle subunità di specificità per il core PP2A, " dice Xing. "Con la struttura siamo stati in grado di identificare come TIRPL può attaccare il complesso, cambiare la sua conformazione e, insieme a 4, farlo cadere a pezzi in modo robusto. Era difficile immaginare come questo processo potesse avvenire senza intuizioni strutturali".

Se pensiamo a PP2A come a un avvitatore elettrico, i risultati hanno molto senso pratico. La proteina principale è la base motorizzata, e le proteine ​​di specificità - quelle che si mescolano e si abbinano per aiutare la PP2A a trovare il bersaglio giusto - sono le teste delle viti. Quando vuoi passare da un cacciavite a stella a un cacciavite a testa piatta, non butti via l'intero complesso di avvitatori elettrici e ne compri uno nuovo; piuttosto stacchi una testa della vite e ne attacchi un'altra. Allo stesso modo, è costoso dal punto di vista energetico per una cella degradare l'intero complesso PP2A, quindi il ruolo di TIPRL è quello di staccare la proteina di specificità e riciclare il nucleo PP2A.

Una delle scoperte più interessanti della struttura è stata la flessibilità del TIRPL rispetto alle subunità di specificità, spingendo i ricercatori a chiedersi come le mutazioni PP2A comunemente osservate nei pazienti affetti da cancro influenzino il legame di TIPRL. Utilizzando un core normale o PP2A contenente queste mutazioni, hanno misurato quanto bene TIPRL e le subunità di specificità possono legarsi ad esso. Hanno scoperto che le mutazioni del nucleo non hanno quasi alcun effetto sul legame di TIPRL, ma indeboliscono drasticamente il legame delle proteine ​​di specificità. Queste mutazioni, poi, probabilmente causare uno spostamento dai complessi PP2A attivi alla forma disassemblata e inattiva.

"In molte malattie, compresi i tumori e le malattie neurodegenerative, PP2A in generale è meno attivo, spesso a causa di mutazioni, " Xing osserva. "Questa struttura aiuta a spiegare come quelle mutazioni portino alla downregulation di PP2A spostando l'equilibrio verso la dissociazione complessa indotta da TIPRL".

Con la struttura in mano, Xing si aspetta di essere in grado di comprendere meglio il ciclo di attivazione e disattivazione di PP2A, e come regola la crescita cellulare.

"Per esempio, PP2A attivo è noto per inibire K-ras, una proteina che guida la crescita in molti tumori e attualmente non ha buoni inibitori clinici, " dice Xing. "Se riesci a trovare un modo per riattivare PP2A, potrebbe essere molto importante nel trattamento di questi tumori".