Die Studie legt die molekulare Grundlage für die Interaktion zwischen dem essentiellen Proteinkomplex und seinem Regulator fest

Die Labore von Lauren Jackson, außerordentliche Professorin für Biowissenschaften und Biochemie, und Todd Graham, Stevenson-Professor für Biowissenschaften am College of Arts and Science und Professor für Zell- und Entwicklungsbiologie, veröffentlichten kürzlich eine Studie im Zeitschrift für Zellbiologie Beschreibung einer signifikanten Wechselwirkung zwischen einem essentiellen Proteinkomplex, der für den Protein- und Lipidtransport verwendet wird – dem COPI-Komplex – und seinem Regulatorprotein.

Zu den Autoren gehören Betty Xie und Cameron Cohen, zwei Doktoranden im Jackson-Labor, und Swapneeta Date, leitende Wissenschaftlerin im Graham-Labor. Gemeinsam stellten die beiden Gruppen fest, wie COPI mit dem Regulatorprotein Glo3, einem Mitglied der ArfGAP-Proteinfamilie von Enzymen, interagiert. Störungen der Interaktion zwischen COPI und Glo3 führen zu schädlichen Auswirkungen in Zellen.

Wir haben uns mit Jackson zusammengesetzt, um mehr über diese Forschung zu erfahren.

Welches Thema/Problem beschäftigt sich in Ihrer Forschung?

Unser Labor untersucht das zelluläre „FedEx-System“, das es Proteinen und Lipiden ermöglicht, sich zwischen membrangebundenen Kompartimenten zu bewegen. Diese Arbeit konzentrierte sich auf COPI, das in allen Eukaryoten benötigt wird. COPI-Mutationen werden mit zahlreichen Erkrankungen des Menschen in Verbindung gebracht, darunter Krebs und Mikrozephalie, also Erkrankungen, bei denen der Kopf eines Patienten ungewöhnlich klein ist. Auch Krankheitserreger, darunter Viren wie SARS-CoV-2, kapern COPI, um Zellen zu übernehmen.

Während in der Fachwelt bereits festgestellt wurde, dass Moleküle der ArfGAP-Familie die COPI-Funktion beeinflussen, sind die an dieser Wechselwirkung beteiligten Mechanismen noch nicht vollständig verstanden. Wir wollten die Grundlage für die Interaktion zwischen COPI-Untereinheiten und einem spezifischen ArfGAP-Protein, Glo3, bestimmen.

Was war das Besondere an Ihrem Forschungsansatz?

Wir verfolgten einen multidisziplinären Ansatz, um diese Fragen zu beantworten, indem wir Biochemie, Biophysik, auf rechnerischer künstlicher Intelligenz basierender Modellierung und In-vivo-Ansätze, einschließlich Fluoreszenzbildgebung in aufkeimenden Hefen, nutzten. Diese Kombination von Ansätzen ermöglicht es uns, die molekularen Informationen aus biochemischen, biophysikalischen und rechnerischen Studien zu nutzen, um Hypothesen zu entwerfen, die zum direkten Testen der Funktion in aufkeimender Hefe, unserem Modellorganismus, verwendet werden könnten.

Was waren Ihre Erkenntnisse?

Wir haben einen molekularen „Code“ entdeckt, der erklärt, wie COPI ArfGAP-Proteine ​​rekrutiert. Wir haben auf jedem Protein spezifische Aminosäurereste identifiziert, die die Interaktion zwischen COPI und ArfGAP vermitteln. Anschließend testeten wir, wie sich das Aufbrechen der Wechselwirkung auf die Bewegung der Transmembran-Proteinladung auswirkte, indem wir aufkeimende Hefe als Modellorganismus verwendeten. Durch die Unterbrechung dieser Wechselwirkung wurde insbesondere die Form eines Schlüsselorganells namens Golgi gestört und außerdem wurden bestimmte Frachtproteine ​​fehlgeleitet, und zwar an die falsche Stelle in der Zelle.

Was erhoffen Sie sich von den Forschungsergebnissen kurz- und langfristig?

Insgesamt sind viele dieser Proteine ​​artenübergreifend stark konserviert, was darauf hindeutet, dass unsere Ergebnisse für die Humanbiologie relevant sein werden. Diese Studie stellt eine Vielzahl molekularer Werkzeuge bereit, mit denen wir diese wichtigen zellulären Ereignisse analysieren können, die den wesentlichen Membrantransport vorantreiben – den Prozess der Bewegung von Proteinen und anderen Molekülen durch die Zelle mithilfe membrangebundener Vesikel.

Was sind die Vorteile dieser Forschung?

Diese Forschung trägt zu unserem Verständnis grundlegender biologischer Prozesse bei der Zellsortierung bei. Durch die Gewinnung molekularer Informationen können wir komplexe zelluläre Sortierwege untersuchen, um die menschliche Physiologie zu verstehen und zu verstehen, was bei Krankheitszuständen wie neurologischen Störungen oder Krebs, wenn essentielle Proteine ​​mutiert sind oder verloren gehen, schief geht.

Wohin führt Sie diese Forschung als nächstes?

Diese Arbeit baut auf unserer laufenden Zusammenarbeit mit Todd Grahams Labor auf. Gemeinsam nutzen die Labore von Jackson und Graham verschiedene Methoden, um zu verstehen, wie die COPI/Glo3-Wechselwirkung bestimmte zelluläre Sortiervorgänge antreibt (Jackson-Labor) und wie die Interaktion durch posttranslationale Modifikationen und Sortierung von SNAREs, einer Familie von Proteinen, beeinflusst wird spielen eine wesentliche Rolle bei Vesikelfusionsereignissen.