Открытие необычно, потому что ферменты не имеют сходства – по своей структуре или аминокислотной последовательности – ни с одним известным классом ферментов. Тем не менее, группа ученых определила их как «особенных» членов класса серин / треонин гидролаз, используя новые методы определения биохимической активности.
«Огромная часть человеческого« протеома »остается не охарактеризованной, и в этой статье показано, как можно использовать химические подходы для обнаружения белков с заданной функциональностью, которые ускользнули от классификации на основе последовательности или предсказанной структуры», – сказал соавтор исследования Бенджамин Ф. Краватт, заведующий кафедрой химической физиологии ЦНИИ.
«В этом исследовании мы обнаружили два гена, которые контролируют уровни липидов с антидиабетической и противовоспалительной активностью, предлагая интересные мишени для диабета и воспалительных заболеваний», – сказал соавтор исследования Алан Сагателян, имеющий докторскую степень.
Кафедра Фредерика Паулсена в Институте Солка.
В неизвестное
Исследование, которое появилось в виде онлайн-публикации Nature Chemical Biology от 28 марта 2016 года, началось как попытка лаборатории Cravatt обнаружить и охарактеризовать новые серин / треониновые гидролазы с использованием фторфосфонатных (FP) зондов – молекул, которые избирательно связываются и по сути, пометьте активные центры этих ферментов.
Выделяя FP-связывающие белки из всего протеома тестируемых клеток и идентифицируя их с помощью методов масс-спектрометрии, команда сопоставила почти все с известными гидролазами. Основным выбросом был белок, называемый андроген-индуцированным белком гена 1 (AIG1).
Единственный другой – дальний родственник по последовательности, белок под названием ADTRP.
«Ни один из этих белков не был охарактеризован как фермент; на самом деле, их функциональная характеристика практически не описывалась», – сказал Уильям Х. Парсонс, научный сотрудник лаборатории Cravatt, который был соавтором исследования.
Эксперименты с AIG1 и ADTRP показали, что они выполняют свою ферментативную работу уникальным образом. «Похоже, у них есть новый активный сайт – он никогда не описывался в литературе», – сказал Парсонс.
Первоначальные тесты с панелями различных ингибиторов ферментов показали, что AIG1 и ADTRP умеренно ингибируются ингибиторами липаз – ферментов, расщепляющих жиры и другие липиды.
Но на каких именно липидах обычно работают эти недавно обнаруженные аномальные ферменты?
Регуляторы FAHFAs
В Институте Солка лаборатория Сагателя исследовала класс липидов, открытый в 2014 году. Эти молекулы, известные как сложные эфиры жирных кислот и гидроксижирных кислот (FAHFA), обладают сильным терапевтическим потенциалом. Сагателян и его коллеги обнаружили, что повышение уровня одного ключевого липида FAHFA нормализует уровень глюкозы у мышей с диабетом, а также уменьшает воспаление.
«Лаборатория Бена проверяла панели липидов, чтобы найти те, над которыми работают их новые ферменты», – сказал Сагателян, бывший научный сотрудник лаборатории Краватта. «Мы предложили бросить туда FAHFA – и это оказались очень хорошие субстраты."
Вскоре лаборатория Cravatt разработала мощные ингибиторы недавно открытых ферментов, и две лаборатории начали работать вместе, используя ингибиторы и генетические методы для изучения функций ферментов in vitro и в культивируемых клетках. Соавтор Мэтью Дж.
Колар, докторант, провел большую часть экспериментов в лаборатории Сагателя.
Команда пришла к выводу, что AIG1 и ADTRP, по крайней мере, в протестированных типах клеток, по-видимому, работают в основном на расщепление FAHFA, а не на любой другой основной класс липидов.
В принципе, ингибиторы AIG1 и ADTRP можно превратить в терапию, повышающую уровень FAHFA. «Наш прогноз, – сказал Сагателян, – состоит в том, что если FAHFAs будут делать то, что мы думаем, то использование ингибитора ферментов для блокировки их разложения приведет к повышению уровня FAHFA и, таким образом, уменьшит воспаление, а также повысит уровень глюкозы и инсулина. чувствительность."
Обе лаборатории в настоящее время сотрудничают в дальнейших исследованиях новых ферментов – и потенциальных преимуществ их ингибирования – на мышиных моделях диабета, воспаления и аутоиммунных заболеваний.
«Одно из замечательных моментов этого исследования, – сказал Краватт, – заключается в том, что даже для классов ферментов, столь же хорошо изученных, как гидролазы, все еще могут быть скрытые члены, которые, предположительно в результате конвергентной эволюции, пришли к этому основному ферментному механизму, несмотря на то, что они не имеют общего последовательность или структурная гомология."