Криминалисты нередко находят значимые зацепки, изучая мусор. Такой метод оказался крайне результативным для специалиста по системной биологии Ифат Мербл: исследуя клеточные центры переработки отходов, называемые протеасомами, она открыла совершенно новый компонент иммунной системы.
«До этого момента мы не могли его обнаружить, — рассказывает Мербл, — потому что не обращали внимания на клеточный „мусор“». Сидя в своем кабинете в Научном институте Вейцмана (Израиль), она показывает синюю пластиковую модель протеасомы - бочкообразной структуры с полой сердцевиной. Функция кажется простой: белки попадают в камеру, где измельчаются, а затем выводятся в виде более мелких пептидных фрагментов. Но механизм на удивление сложен. Ядро состоит из более чем двух десятков белковых субъединиц и может соединяться с различными регуляторными оболочками. Мербл задалась вопросом, зачем такая сложность, если цель состоит в том, чтобы просто нарезать белки?
Мербл и ее коллеги использовали масс-спектрометрию для идентификации пептидов, вырабатываемых протеасомами в различных клетках. Затем они сравнили последовательности этих пептидов с последовательностями с известными функциями, используя общедоступные базы данных. Они обнаружили, что многие из них соответствуют тем, которые, как было известно, уничтожают бактерии, например, проникая через их мембраны. Исследователи идентифицировали и другие фрагменты — всего около 1000 — с последовательностями, которые, согласно алгоритму, позволяют предположить, что они обладают антимикробными свойствами.
Когда Мербл и ее коллеги с помощью компьютерных моделей разделили все человеческие белки на все возможные пептидные фрагменты, они обнаружили, что существует более 270 000 возможных противомикробных молекул и поняли, что обнаружили то, что, по-видимому, является новым механизмом иммунной защиты. “От этого у нас буквально мурашки по коже пошли, потому что мы поняли, что, возможно, нашли что-то фундаментальное”, - говорит Мербл. Дальнейшие эксперименты показали, что, когда клетки инфицируются бактериями, протеасома меняет свою регуляторную оболочку на ту, которая способствует выработке пептидов, борющихся с бактериями. По словам Мербл, это первая линия защиты, которая действует независимо от активации иммунных клеток.
Результаты этой работы, опубликованные в марте этого года приводят в восторг многих специалистов в этой области, говорит Руслан Меджитов, иммунолог из Йельской медицинской школы (США). “Есть что—то, что мы считали таким знакомым и хорошо понятным, и вдруг - бум! - из этого получается нечто совершенно неожиданное и захватывающее”. Что самое удивительное, - говорит он, - так это то, что пептиды получают из “обычных клеточных белков”, а не из каких-то специфических компонентов, участвующих в иммунной защите. Это означает, что протеасомы значительно увеличивают функции, которые может выполнять один белок, считает Сезар де ла Фуэнте, биоинженер из Пенсильванского университета (США). “С точки зрения эволюции это очень разумный способ кодирования множества функциональных возможностей в одном гене”, - говорит он.
Karin Goldberg et al. Клеточно-автономный врожденный иммунитет посредством защитных пептидов, происходящих из протеасом (аннотация).
На протяжении десятилетий презентация антигенов в главном комплексе гистосовместимости класса I для Т-клеточно-опосредованного иммунитета считалась основной функцией пептидов -дериватов протеасом. Однако остается неизвестным, играют ли продукты протеасомной деградации дополнительную роль в усилении иммунных реакций.
Антимикробные пептиды служат первой линией защиты от проникновения патогенов, прежде чем адаптивная иммунная система начнет реагировать. Хотя защитная функция антимикробных пептидов во многих тканях хорошо изучена, клеточные механизмы, лежащие в основе их выработки, до конца не изучены. В данной работе мы раскрываем роль протеасом в конститутивной и индуцируемой бактериями генерации защитных пептидов, которые препятствуют росту бактерий как in vitro, так и in vivo, разрушая бактериальные мембраны.
В ходе анализа in silico процессов расщепления протеасом были выявлены сотни тысяч потенциальных защитных протеасомных пептидов с катионными свойствами, которые могут вырабатываться в процессе деградации и выступать в качестве первой линии защиты. Кроме того, бактериальная инфекция вызывает изменения в составе и функции протеасом, включая рекрутирование PSME3 и повышенное триптиноподобное расщепление, усиливающее антимикробную активность.
Помимо выяснения роли протеасом в автономном от клеток врожденном иммунитете, наше исследование предполагает, что расщепляемые протеасомами пептиды, возможно, ранее не выполняли своих функций после деградации. С трансляционной точки зрения, идентификация защитных пептидов, происходящих из протеасом, может стать неиспользованным ранее источником природных антибиотиков для биотехнологических применений и терапевтических вмешательств при инфекционных заболеваниях и состояниях с ослабленным иммунитетом.
