Komplexní atlas kináz odhaluje nové pohledy na buněčnou signalizaci a onemocnění

Enzym RNA polymeráza II přepisuje geny do messenger RNA. Tento proces je řízen modifikacemi „ocasu“ enzymu nazývanými fosforylační vzorce. Vědci z Dětské výzkumné nemocnice St. Jude prozkoumali tyto vzorce a identifikovali 117 kináz, které by mohly fosforylovat více míst v proteinovém ohonu. To značně rozšiřuje sadu kináz dříve známých pro fosforylaci RNA polymerázy II. Práce také spojuje aktivitu enzymu s mnoha onemocněními, včetně rakoviny, například prostřednictvím tyrosinkinázy EGFR na buněčném povrchu, u které bylo prokázáno, že fosforyluje RNA polymerázu II v jádře. EGFR je výrazně mutován u rakoviny plic. Zjištění byla zveřejněna dnes v Věda.

Konec RNA polymerázy II se skládá z opakování stejných sedmi aminokyselin. Buňky řídí odlišné kroky genové transkripce pomocí kináz, které připojují fosfátové skupiny na tuto opakovanou aminokyselinovou sekvenci, zejména na pozicích dva a pět. Relevance dalších pěti aminokyselin pro funkci RNA polymerázy II byla diskutována.

Aseem Ansari, předseda katedry chemické biologie a terapie St. Jude, se snažil tuto nejistotu objasnit. „Věděli jsme, že existují kinázy mimo kanonické, ale ocenili jsme, že specifičnost často pochází z blízkosti,“ řekl Ansari. „Mnoho kináz může fosforylovat ocas, takže jsme je chtěli protřídit, abychom určili, které jsou smysluplné.“

Buněčná povrchová kináza přenáší zprávu do jádra

Výzkumníci testovali 427 kináz, aby zjistili, zda, jak a kde mohou fosforylovat konec RNA polymerázy, přičemž Ansari připisuje důležitost infrastruktury dostupné v St. Jude pro takový podnik. „Studie by nebyla možná bez neuvěřitelných sdílených a odděleních zdrojů, které mají vědci v St. Jude k dispozici,“ řekl. Identifikovali 117 kináz s podstatnou preferencí pro umístění fosforylace. To zahrnovalo dříve ignorované polohy, protože 54 z testovaných 62 tyrosinkináz působilo výhradně v poloze jedna.

V rámci tohoto komplexního atlasu kináz byly některé neočekávané nálezy týkající se buněčná signalizace. „Nejpravděpodobnějším nápadem bylo, že kináza receptoru na buněčném povrchu, jako je EGFR, může fosforylovat RNA polymerázu II,“ řekl Ansari. „K mému překvapení naše zobrazovací data ukázala receptor v jádře, něco, co bylo hlášeno po desetiletí, ale marginalizováno. Naše důkazy to potvrdily a nyní můžeme konečně vysvětlit proč.“

Vyčerpávající experimenty potvrdily, že pro transkripci byla nutná fosforylace RNA polymerázy II v poloze jedna pomocí EGFR. To má významné důsledky pro to, jak je vnímána buněčná signalizace.

Lidé považují buněčnou signalizaci za přenos kináz, které pak působí na transkripční faktor, ale naše data nám říkají, že je více integrovaná. Signalizace může být bezprostřednější, protože signalizační kinázy nečekají na transkripční faktory, aby našly svůj domov. Mohou se dostat na místo a řídit proces přímo.“

Aseem Ansari, předseda katedry chemické biologie a terapie St. Jude

Studie značně rozšiřuje vzorce fosforylace RNA polymerázy II a podporuje další zkoumání jejich individuální relevance. Vytváří také spojení mezi fosforylací ocasu enzymu a nemocemi, jako je rakovina.

„Některé agresivní druhy rakoviny mají v jádře uvolněné kinázy, které narušují transkripční programy,“ vysvětlil Ansari. „Ignorovali jsme tyto kinázy v jádře, protože jde o malý zlomek signálu; očekávali jsme, že k signalizaci dochází na buněčném povrchu. Ale posunem tam, kde vnímáme terapeutickou zranitelnost, to mění způsob, jakým přemýšlíme o patologii.“

Autoři a financování

Prvním autorem studie je Preeti Dabas, St. Jude. Druhými autory studie jsou Meritxell Cutrona a Wojciech Rosikiewicz, St. Jude. Dalšími autory studie jsou Ryan Kempen, Patrick Rodrigues, John Bowling, Mollie Prater, Walter Lang, Adithi Danda, Zhi Yuan, Beisi Xu, Shondra Pruett-Miller, Gang Wu a Taosheng Chen, St. Jude.

Studii podpořil National Cancer Institute (P30 CA021765) a American Libanese Syrian Associated Charities (ALSAC), fundraisingová a osvětová organizace St. Jude.