محققان بزرگترین کاتالوگ فعال کننده های ژن – را نشان می دهند

این تحقیق توسط Mikko Taipale، دانشیار ژنتیک مولکولی در مرکز Donnelly برای تحقیقات سلولی و زیست مولکولی در دانشکده پزشکی Temerty، با همکاری Anne-Claude Gingras، محقق ارشد در موسسه تحقیقاتی Lunenfeld-Tanenbaum، سینا انجام شد. سیستم سلامت و استاد ژنتیک مولکولی در U of T.

این کار توسط دانشجوی فارغ التحصیل Taipale، نادر الراسول، که ماه گذشته از تز دکترای خود دفاع کرد – یک روز پس از انتشار آنلاین این مطالعه در مجله انجام شد. سلول مولکولی، و پیش از انتشار چاپی این هفته.

در این مقاله، محققان اولین مطالعه در مقیاس پروتئوم بی‌طرفانه را توصیف می‌کنند که تعداد فعال‌کننده‌های رونویسی شناخته‌شده را از تعداد انگشت شماری به حدود ۲۵۰ افزایش داده است. آنها همچنین چگونگی ترکیب این پروتئین‌ها با سایر ماشین‌های سلولی برای روشن کردن ژن‌ها و نحوه تنظیم نادرست پروتئین را مشخص کرده‌اند. می تواند منجر به سرطان شود.

تایپل، صاحب کرسی تحقیقاتی کانادا در پروتئومیک عملکردی و هموستاز پروتئین، گفت: «این مطالعه یک سفر ماهیگیری کلاسیک بود که در آن ما نمی‌دانستیم قرار است چه چیزی پیدا کنیم». “بازبینان گرانت معمولاً از تحقیقاتی که مبتنی بر فرضیه نیستند، اخم می کنند، اما این زیبایی پروتئومیکس است. این به شما امکان می دهد به روشی بی طرفانه شبکه ای را ایجاد کنید، و ما چیزهای جالبی پیدا کرده ایم.

ما اکنون درک بهتری از این داریم که کدام پروتئین ها فعال کننده های بسیار قوی هستند.

برای یافتن فعال‌کننده‌ها، محققان اکثر 20000 پروتئین انسانی را از نظر توانایی آنها در فعال کردن بیان ژن در سلول‌های انسانی آزمایش کردند. بسیاری از فعال‌کننده‌ها فاکتورهای رونویسی (TFs) بودند که مستقیماً به DNA متصل می‌شوند و ژن‌های هدف آن‌ها را روشن می‌کنند، در حالی که برخی دیگر پروتئین‌های کمکی یا فاکتورهای کمکی بودند که TFها را به هم متصل می‌کنند و اهداف آنها را با هم فعال می‌کنند.

آنها همچنین دریافتند که TFهایی که بسیار شبیه به هم هستند می توانند با هم فاکتورهای مختلف صحبت کنند، و توضیح می دهد که چرا دو TF با ویژگی های اتصال DNA اساساً یکسان می توانند برنامه های بیان ژن مجزا را راه اندازی کنند.

Taipale گفت: “این فعال‌کننده‌ها در همه زمینه‌ها فعال‌کننده نیستند. ممکن است در ژن X فعال شوند، اما در ژن Y ممکن است در واقع سرکوب شوند.”

فعال‌سازی رونویسی از طریق تعامل حوزه‌های به اصطلاح transactivation که در TFها وجود دارند با فعال‌کننده‌ها رخ می‌دهد. از آنجایی که توالی دامنه‌های فعال‌سازی حفظ نشده‌اند، نمی‌توان آنها را با روش‌های محاسباتی مشخص کرد.

به همین دلیل، تیم به قطعه قطعه کردن 75 فعال کننده متوسل شد و توانایی هر قطعه را برای فعال کردن رونویسی آزمایش کرد. آنها حدود 40 دامنه فعال سازی را از این طریق شناسایی کردند.

آنها همچنین از AlphaFold، یک ابزار بیوانفورماتیک انقلابی که برای پیش‌بینی ساختارهای پروتئینی توسعه یافته است، برای یافتن رابط‌های تعاملی بین TFها و فعال‌کننده‌های آنها استفاده کردند. اگرچه AlphaFold برای پیش‌بینی فعل و انفعالات پروتئین-پروتئین طراحی نشده بود، اما این ویژگی غیرمنتظره برای Taipale برجسته بود که گفت این نرم‌افزار ابزار استانداردی برای این نوع مطالعات برای یافتن ارتباطات عملکردی بین پروتئین‌ها خواهد بود.

تایپل گفت: «این کار قبلاً از نظر محاسباتی تقریباً غیرممکن بود.

در حالی که بسیاری از پروتئین‌های شناسایی‌شده جدید هستند، برخی از آنها قبلاً در تومورهایی که در آن یک TF و پروتئین کمکی آن به طور دائم به یک پروتئین همجوشی انکوژنیک متصل شده‌اند شناسایی شده‌اند که منجر به فعال‌سازی ژن‌های اشتباه می‌شود.

گردآوری پازل نحوه تعامل TFها با فعال‌کننده‌های مختلف می‌تواند گام بزرگی به سوی درمان مناسب باشد. یک چالش در توسعه درمان این بوده است که TFها برای هدف قرار دادن داروهای با مولکول کوچک مناسب نیستند.

Taipale می‌گوید: «هدف‌گیری فاکتورهای رونویسی واقعاً سخت است، زیرا آنها اغلب دارای پاکت‌های قابل مصرف دارو نیستند، اما بسیاری از فعال‌کننده‌های مشارکتی آنزیم‌هایی هستند که به این معنی است که آنها جیب‌هایی دارند که می‌توان آنها را هدف قرار داد. به عنوان مثال، هنگامی که شما یک ترکیب سرطانی از فاکتور رونویسی به هم‌فعال‌کننده را دارید و هم‌فعال‌کننده‌ای را که فاکتور رونویسی با آن تعامل دارد را درک می‌کنید، ممکن است بتوانید هم‌فعال‌کننده را هدف قرار دهید تا تکثیر سلولی را متوقف کنید.

این تحقیق توسط صندوق‌های راه‌اندازی مرکز دانلی، یک بنیاد کانادایی برای نوآوری، کمک مالی صندوق رهبران جان آر. ایوانز و مؤسسه تحقیقات بهداشتی کانادا حمایت شد.