(ナノワークニュース) 新しい服を着ると、別のペルソナを想定するようになるのと同じように、タンパク質が「着用」した化学タグは、その分子を認識できなくする可能性があります. タグのワードローブ全体 (タンパク質の元の配列を変更するため、タンパク質修飾と呼ばれます) は、体内の何千ものタンパク質が多様なタスクを実行するのに役立ちますが、これらの重要な分子を特定しようとする科学者や医師にとって、修飾は困難です. 教師。 Weizmann Institute of Science の Yifat Merbl の研究室は、多数の修飾タンパク質を同時に検出するという課題に取り組みました。
タンパク質修飾として知られるそのようなタグを身に着けることは、スーパーヒーローの衣装やティアラを与えるのと同じくらい「人生を変える」ことができます. タグは、安定性、細胞内の位置、他の分子との結合など、ほぼすべてのタンパク質の本質的な特性に影響を与える可能性があり、病気のタンパク質を破壊するようにマークしたり、腫瘍抑制因子などのタンパク質がどれだけうまく機能するかを決定したりする可能性があります。その仕事。 そのため、修飾されたタンパク質を検出して分析することが、さまざまな身体プロセスや疾患の研究に不可欠です。
たとえば、がん細胞に特有の方法で改変されたタンパク質を特定することは、これらの細胞をより効果的に選択して破壊するのに役立つ可能性があります。 他の種類の不規則な修飾を探すことは、科学者が自己免疫疾患を説明するのに役立ち、おそらくは自己免疫疾患を治療するのに役立つかもしれません.
ただし、課題の範囲を考慮してください。 ヒトゲノムには約 20,000 のタンパク質コード遺伝子があり、それぞれに 4 つまたは 5 つのバージョンがあり、合計すると約 100,000 の可能なタンパク質配列になります。 タンパク質が作成されると、約 200 の異なるタグの 1 つまたは複数によって化学的に修飾することができます。 これに、これらのタグが複数の位置でタンパク質分子に結合できるという事実を掛けると、可能なタグ付けの組み合わせの数は事実上無限になり、その結果、さまざまに修飾されたタンパク質が得られます.
標準的な方法では、これらの修飾されたタンパク質を認識できません。 各タンパク質にはアミノ酸構成要素の固有の配列があり、この配列を参照ライブラリーのタンパク質設計図と比較することで識別できますが、修飾はアミノ酸の特性を変更するため、この認識の妨げになります。 多数のそのような変化を同時に分析することは非常に困難であったため、修飾されたタンパク質の広範な研究 (自由回答形式の質問をするもの) は非常に困難でした。 したがって、ほとんどの研究は、これまで、わずかな特定の変更に焦点を絞る傾向がありました。
Weizmann’s Systems Immunology Department の Merbl は次のように説明しています。 「私の研究室は、偏りのない方法で数十種類のタンパク質修飾を追跡できる新しい計算ツールを作成するという目標を設定しました。」
レゴのミニフィグと同様に、タンパク質はさまざまな衣装を着ることができます。化学タグにより、その特性が変更され、認識が難しくなります。 新しい方法では、6 時間以内に約 30 の変更を識別できますが、既存の方法では一度に 3 つしか識別できず、それを行うのに約 2 週間かかりました。
Merbl と彼女のチームによって開発された検索戦略は、過去に行われたように個別に検索するのではなく、多数の変更を並行して検索します (ネイチャーバイオテクノロジー、「翻訳後修飾は、腫瘍における MHC I 免疫ペプチドームの抗原性ランドスケープを再形成する」)。 科学者たちは彼らのシステムを PROMISE (Protein Modification Integrated Search Engine) と呼んでおり、その名に恥じないものです。既存の方法では一度に 3 つしか識別できず、約 2 週間かかっていましたが、6 時間以内に約 30 の変更を識別できます。 . システムの開発は、Aaron Javitt と協力して、Assaf Kacen が主導しました。 どちらも Merbl の研究室の博士課程の学生でした。
「PROMISE は私たちに新しいメガネを提供し、研究者に生物学的プロセスのより広い全体像を、これまで以上に高い解像度で提供します」と Merbl 氏は言います。 「このツールを使用して、さまざまな種類の既存のデータセットを再調査することで、未解決の生物医学的問題に対処できるようになりました。」
PROMISE の最初の適用として、Kacen、Javitt、および Merbl のチームの他のメンバーは、癌に関する基本的な問題に取り組むことに決めました。それは、タンパク質の修飾が免疫系の腫瘍排除能力に影響を与えるかどうか、またどのように影響するかです。 研究者らは PROMISE を適用して、がんに関連する 200 を超える細胞および組織サンプルから何十万ものペプチド (タンパク質フラグメント) を調べました。
特に、チームは腫瘍抗原として知られるペプチドに注目しました。 腫瘍細胞の表面に存在する抗原は、これらの細胞が異常であり、排除する必要があることを免疫系に知らせます。 タンパク質修飾の約 30 の組み合わせについてサンプルをチェックした後、科学者は、これまで他の計算ツールでは検出されなかった修飾を含む、合計約 12,000 のペプチドの新しいサブセットを特定することができました。
その結果、癌性腫瘍に特徴的な修飾抗原の入手可能な最も包括的なアトラスが得られます。 これには、ペプチドの特定の部位で発生する修飾が免疫系による癌細胞の認識にどのように影響するかを示す新しい「辞書」が含まれています。
これらの修飾のいくつかは、がん細胞がどのように自分自身を「覆い隠し」、がん免疫療法で使用される T 細胞を回避できるかを説明する可能性があるため、この知識は重要です。 この理解は、研究者が腫瘍に対する標的型攻撃を改善するための「デクローキング」方法を開発するのに役立つ可能性があります。 例えば、負電荷を持つリンタグは、癌性ペプチドがT細胞による認識を回避できるようにすることができますが、そのようなタグを見つけることができるT細胞受容体を操作することで、細胞の治療の可能性を広げることができます.
今後の研究で、PROMISE は、免疫細胞を誤解させて健康な細胞を攻撃させ、自己免疫疾患を引き起こすペプチド修飾の組み合わせを明らかにするのに役立つ可能性があります。 このツールは、神経変性疾患やその他の疾患に対する新しい洞察も提供する可能性があります。
「タンパク質の修飾を迅速に分析できることは、多くの病理学的プロセスをより適切に診断し、薬物に対する反応を評価し、最終的に新しい治療法を開発するのに役立ちます」と Merbl 氏は言います。