Strukturalne wytyczanie szlaku mTOR

Opracowanie trójwymiarowej struktury białek lub kompleksów białkowych jest niezbędne do tego, abyśmy mogli w pełni zrozumieć ich funkcję. A co jeszcze bardziej istotne — taka charakterystyka strukturalna stworzy ramy do opracowywania nowych leków.

Zdrowie

Wzrost komórek i ich namnażanie to fundamentalne procesy, ściśle regulowane przez złożone sieci szlaków sygnalizacyjnych, na które oddziałują różne bodźce środowiskowe. Szlak kinazy białkowej treoninowo-serynowej (mTOR) jest ważnym szlakiem odżywczym, czułym na związki energetyczne, który działa w reakcji na wewnątrzkomórkowe zmiany energetyczne. Dzięki wielu podjednostkom mTOR odbiera informacje o poziomie aminokwasów i tlenu w komórce i dokonuje integracji sygnałów zewnątrzkomórkowych, na podstawie których kontroluje rozmiar komórki i jej proliferację. Ponadto reaguje na czynniki wzrostu, regulując w ten sposób przeżycie komórki i organizację cytoszkieletu. Rozregulowanie szlaku mTOR ma związek z takimi chorobami jak otyłość, cukrzyca i rak. Chociaż wiele aspektów działania szlaku zostało dobrze poznanych, to brak wglądu w te struktury w wysokiej rozdzielczości sprawia, że pełne poznanie mechanizmów składania, funkcjonowania i regulacji kompleksów białkowych pozostaje nieosiągalne. Dlatego powstał finansowany ze środków UE projekt MTOR_COMPLEXES (Structural and biophysical characterization of the human mTOR kinase and its signaling complexes), którego zadaniem będzie pozyskanie informacji o budowie kompleksów sygnalizacyjnych mTORC1 i mTORC2. Aby móc osiągnąć ten cel, naukowcy wykorzystali system ekspresji wielogenowej bakulowirusa do wytworzenia różnych komponentów mTORC. Naukowcy skupili się w dużym stopniu na optymalizacji warunków ekspresji i oczyszczania, testując żywice do oczyszczania o różnym powinowactwie oraz metody chromatografii wykluczania. Oczyszczone białko mTORC1 było aktywne katalitycznie i zostało poddane charakterystyce biofizycznej metodą statycznego rozpraszania światła. Aby móc dokładnie określić strukturę białka, naukowcy przyjęli podejście polegające na połączeniu spektrometrii mas do opisu sieciowania białka z mikroskopią krioelektronową negatywnego barwienia. Wyniki potwierdziły dimerową naturę mTORC1 i ujawniły istnienie struktury "od głowy do ogona" obu komponentów. Ogólnie rzecz biorąc badanie MTOR_COMPLEXES z powodzeniem opracowało proces generowania w pełni zorganizowanych kompleksów mTOR. Jest to ważny wymóg dla skutecznego określenia struktury w większej rozdzielczości w przyszłości. Biorąc pod uwagę udział szlaku mTOR w rozwoju chorób, takie informacje o strukturze są niezbędne do projektowania strategii farmaceutycznych.