В организме человека существуют процессы, которые могут подавлять рост и пролиферацию раковых клеток. Эти механизмы, включая те, которые связаны с белком-супрессором опухолей p53, широко изучаются из-за их критической роли в заболевании. Благодаря исследованиям белков, которые регулируют p53, ученые из Детской исследовательской больницы Св. Иуды расцепили ранее нераспознанный механизм подавления опухолей.
«p14 ARF обычно экспрессируется на очень низком уровне в здоровых клетках, но повышенная экспрессия индуцируется в ответ на онкогенный стресс, такой как повышение регуляции MYC или других онкогенов», - объясняет автор-корреспондент Ричард Кривацки, доктор философии, кафедра структурной биологии больницы Св. Иуды.
Обычно обнаруживаемый в клетках на низком уровне, белок альтернативной рамки считывания p14 (p14 ARF ) экспрессируется на более высоком уровне при онкогенном стрессе и активирует p53. Исследователи выявили альтернативный механизм подавления опухолей для p14 ARF , показывающий, как образование конденсата и нарушение производства рибосом способствуют этому процессу. Результаты были опубликованы сегодня в Nature Communications.
Исследователи продемонстрировали, что повышенная экспрессия p14 ARF приводит к фазовому разделению белка с другими клеточными компонентами. Это происходит в ядрышке, безмембранном отсеке в ядре клеток, ответственном за выработку рибосом. В ядрышке p14 ARF связывается и фазово разделяется с нуклеофосмином, необходимым белком для выработки рибосом, создавая гелеобразное состояние, что приводит к снижению динамики нуклеофосмина, остановке биогенеза рибосом и токсичности клеток. Таким образом, процесс, запущенный p14 ARF , представляет собой вероятный альтернативный путь подавления опухолей.
Исследования Кривацкого функции p14 ARF начались, когда было обнаружено, что белок при повышенной экспрессии локализуется в ядрышке. Взаимодействуя с нуклеофосмином, белком, который в изобилии присутствует в ядрышке и действует как директор фабрики рибосом, p14 ARF становится гаечным ключом в работе ядрышка, нарушая его нормальную функцию.
При сверхэкспрессии p14 ARF может перейти в ядрышко и заблокировать нуклеофосмин, чтобы он не действовал как шаперон и не выталкивал прерибосомные частицы наружу. Таким образом, нуклеофосмин застревает в ядрышке, и, следовательно, застревают рибосомные частицы.
Гиббс и Кривацки ранее показали, что p14 ARF и нуклеофосмин в изоляции образуют биомолекулярные конденсаты. Было показано, что образование конденсатов, которые часто выглядят как капли под микроскопом, регулирует все большее количество биологических процессов, от транскрипции до клеточной сигнализации. Как правило, конденсаты делают это путем временного увеличения локализованной концентрации определенных биомолекул, таких как ДНК, РНК и белки. Однако биомолекулам нужен «билет на поездку», специфичный для последовательности, чтобы участвовать в разделении фаз.
Гиббс и Кривацки использовали биофизические методы, включая малоугловое нейтронное рассеяние (выполненное в Национальной лаборатории Оук-Ридж) и ядерно-магнитную резонансную спектроскопию, чтобы исследовать особую природу конденсатов p14 ARF -нуклеофосмина. «Мы обнаружили, что p14 ARF не только разделяет фазы с нуклеофосмином, но и собирает большую сетевую структуру, которая имела некоторую симметрию», — объяснил Гиббс. «Эта сеть отвечала за ограничение динамики p14 ARF и нуклеофосмина внутри конденсатов».
Кроме того, хотя p14 ARF обычно считается внутренне неупорядоченным белком, не имеющим стабильной структуры, исследователи заметили, что он показал элементы вторичной структуры внутри конденсатов, которые облегчают формирование сети. «Мы обнаружили, что гидрофобные интерфейсы в областях вторичной структуры образуют различные сшивки для сборки сети и, по сути, придают конденсату его уникальные характеристики», — объяснил Гиббс. Упорядоченная природа сети привела к тому, что конденсаты приняли гелеобразное состояние, эффективно зафиксировав нуклеофосмин на месте.
Результаты исследования проливают свет на ранее неизвестный путь, посредством которого p14 ARF способствует подавлению опухолей. Кроме того, поскольку конденсаты обычно полагаются на динамику жидкости для достижения своей функции, а затвердевание часто ассоциируется с состоянием, вызывающим заболевание, эта работа дает уникальную перспективу биомолекулярной конденсации.
«Я думаю, что интересно, что аспект того, как p14 ARF действует как супрессор опухолей, заключается в иммобилизации жидкого ядрышка и очевидном ингибировании критических этапов биогенеза рибосом. Теперь мы можем рассматривать, как p14 ARF действует как супрессор опухолей, через призму того, что мы обычно рассматриваем как пагубное воздействие внутри ядрышка», — объяснил Кривацки.
Другими авторами исследования являются Айла Хассан, Райнер Кюммерле и Барбара Перроне; Bruker Switzerland AG; Гергей Надь, Веллингтон Лейте, Уильям Хеллер и Крис Стэнли; Национальная лаборатория Оук-Ридж; а также Ци Мяо, Милен Ферролино, Рича Баджпай, Аарон Филлипс, Аарон Питре и Шондра Миллер; St. Jude.
Исследование было поддержано грантами Национального института общих медицинских наук (5R35GM131891, 1F32GM133078) и ALSAC, благотворительной и просветительской организации St. Jude.