I ricercatori della Northwestern Medicine hanno sviluppato una tecnica per catalogare il modo in cui le cellule eliminano le proteine ​​non necessarie, un processo che ha implicazioni per il cancro e le malattie dello spettro autistico, secondo i risultati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Difetti nell'ubiquitinazione, o come le cellule smaltiscono le proteine ​​non necessarie, sono stati implicati in una varietà di malattie, ma gli scienziati in precedenza non disponevano di un metodo affidabile per tracciare gli enzimi coinvolti in questo processo di smaltimento, secondo Hiroaki Kiyokawa, dottore, dottorato di ricerca, professore di Farmacologia e co-autore senior dello studio.

Per combattere questo, un team collaborativo guidato da Kiyokawa e Jun Yin, dottorato di ricerca, professore associato di chimica presso la Georgia State University, sviluppato trasferimento ortogonale dell'ubiquitina, un metodo per tracciare quali enzimi innescano lo smaltimento di quali proteine. Questa tecnica può fornire agli scienziati una migliore comprensione dei meccanismi della malattia derivanti dall'ubiquitinazione anormale, speriamo che porti a una terapia migliore, ha detto Kiyokawa.

L'ubiquitinazione segnala la distruzione delle proteine ​​ed è facilitata da tre classi di enzimi; E1, Enzimi E2 ed E3. L'ubiquitina è legata ai tre enzimi in sequenza, ma gli enzimi E1 ed E2 sono semplici enzimi primer, quindi le cellule dei mammiferi hanno solo un numero limitato di varietà E1 ed E2. D'altra parte, ci sono centinaia di enzimi E3, suggerendo che ogni E3 ha il suo target proteico unico.

"La relazione tra gli enzimi E3 e la proteina bersaglio è come un lucchetto e una chiave, " disse Kiyokawa, anche un professore di Patologia e un membro del Robert. H. Lurie Comprehensive Cancer Center della Northwestern University.

La diversità delle proteine ​​bersaglio e le interazioni deboli significano che può essere difficile identificare chiaramente quale enzima E3 etichetta quale proteina. Però, il trasferimento ortogonale dell'ubiquitina (OUT) è una nuova soluzione al problema, secondo Kiyokawa.

Dentro fuori, gli scienziati hanno progettato un percorso artificiale dell'ubiquitina che imita il sistema nativo ma risponde solo all'ubiquitina mutata, che ha un tag speciale che consente agli scienziati di identificare la proteina che alla fine del ciclo prende di mira.

"Ci sono due percorsi all'interno delle stesse cellule, " ha detto Kiyokawa. "L'originale è come un'autostrada, e il percorso progettato è una deviazione."

Nello studio attuale, i ricercatori hanno costruito un percorso artificiale per un enzima E3 chiamato E6AP, e ha introdotto l'ubiquitina mutata e le vie nelle cellule. Dopo uno schermo di proteomica, gli scienziati sono stati in grado di identificare i bersagli proteici specifici di E6AP.

"Questo studio è solo una vetrina della tecnologia, ma crediamo di poterlo applicare a molte delle 600 proteine ​​E3 senza troppi problemi, " ha detto Kiyokawa. " Parecchi enzimi E3 sono noti per essere sovraespressi o mutati nelle malattie neuronali, quindi c'è un ampio bacino di opportunità di ricerca."

Però, E6AP in particolare ha dimostrato di colpire le proteine ​​oncosoppressori quando viene attivato in modo improprio dal papillomavirus umano, contribuendo all'aumento del rischio di cancro affrontato dai pazienti infetti. Inoltre, il locus genico che codifica per E6AP è noto per essere mutato nella sindrome di Angelman, un disturbo dello spettro autistico.

"Ancora non sappiamo perché E6AP debba essere mutato per mostrare i sintomi della sindrome di Angelman, ma l'indagine su obiettivi specifici può insegnarci di più sui meccanismi fisiopatologici della malattia autistica, " disse Kiyokawa.

Sono già in corso ulteriori indagini su obiettivi specifici:Kiyokawa e colleghi hanno recentemente pubblicato un altro studio che coinvolge OUT, questa volta in Progressi scientifici .

Hanno trovato un diverso enzima E3, PATATA FRITTA, è stato coinvolto nella degradazione di CDK4, un enzima che svolge un ruolo chiave nella proliferazione cellulare.

"Sembra essere un meccanismo in grado di fermare il ciclo cellulare sotto stress, " disse Kiyokawa. "Se questo regolamento viene violato, l'organismo può essere più suscettibile al cancro."

Ancora, non è sufficiente identificare semplicemente questi bersagli di ubiquitinazione, secondo Kiyokawa.

"Dobbiamo capire perché questi bersagli appena definiti sono soggetti alla regolamentazione degli enzimi E3 se desideriamo trovare nuovi bersagli terapeutici, " ha detto. "Solo allora possiamo sviluppare farmaci o trattamenti".