Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 57
Текст из файла (страница 57)
3 81. Модификация белка по нескольким сайтам и ее воздействие. Белок, который несет поптрансляционный довесок на боковых цепях более чем гщной из своих аминокислот, можно рассматривать как белок, несущий комбинаторный регуляторный код а) Схема известных ковалентных модификаций белка р53; убиквитин и 5ОМО суть родственные полипептиды (см, таблицу 3.3) б) Возможные модификации первых 20 аминокислот, считая с Н-конца гистона НЗ; показаны не только их местоположения, но также их активирующее (сеном) и ингибирующее (красным) воздействие на появление ковалентных ьюдифи ка ций по-соседству. В дополнение к показанным воздействиям, ацетили рован ие и метилирование лизина являются взаимно исключающими реакциями (см. рис. 4.38).
в) Диаграмма, показывающая общий способ всевозможных модификаций белков: модифицирующие группы ковалентно присоединяются к ним (и удаляются с них) через сети передачи сигналов — и то, как получающийся комбинаторный регуляторный код на белке считывается для определения дальнейшего пути этого белка в клетке 28б Часть 1.
Введеиие в мир клетки виях — в пробирке, в отсутствие остальных компонентов клетки. Уже сама по себе такая задача неимоверно трудна. Но теперь мы знаем, что каждый из таких субкомпонентов клетки взаимодействует также и с другими наборами макромолекул, в результате чего образуется об|пирная сеть взаимодействий типа белок — белок и белок — нуклеиновая кислота, простирающаяся по всей клетке. Поэтому, для того чтобы постичь устроение клетки, мы должны проанализировать также и болыпинство других взаимодействий подобного рода.
Мы можем получить некоторое представление о сложности внутриклеточных белковых сетей, познакомившись с особенно хорошо изученным примером, опи сываемым в главе 18: многие десятки белков, которые взаимодействуют с актиновым цитоскелетом клетки у дрожжей Яассйаготусез сегепы1ае (см. Рис. 16.18). Степень или, лучше сказать, глубина таких межбелковых взаимодействий может быть оценена также и в более широком ракурсе.
Огромное количество ценной информации теперь легко найти в базах данных белков по сети Интернет: десятки тысяч трехмерных структур белков плюс десятки миллионов последовательностей белков, полученных на основании нуклеотидных последовательностей генов. Ученые разрабатывают новые методы информационной «проходки» этого бескрайнего ресурса, чтобы повысить нашу осведомленность о клетках. В частности, компьютер ные возможности биоинформатики в сочетании с робототехникой и технологиями, основанными на микроматрицах (см.
равд. 8.5.19), позволяют исследовать тысячи белков в одной-единственной серии опытов. Для описания такого исследования, ориентированного на анализ белков в крупном масштабе, часто употребляют термин протеомика, который аналогичен термину геномики, описывающему широкомасштабный анализ последовательностей ДНК и генов.
Биологи используют два различных метода серийного картирования прямых взаимодействий между многими различными белками в клетке. Первоначальный выбор метода основывался на генетике: при помощи хитроумной техники, известной под названием дрожжевая двугибридная система скрининга (уеазс Ьчо-ЬуЬг1б зсгееп) (см. Рис, 8,24), были картированы десятки тысяч взаимодействий между тысячами белков у дрожжей, у нематоды и у плодовой мушки дрозофилы. Ближе к настоящему времени всеобщее признание обрел биохимический метод, основанный на аффинном мечении (аййп11у 1адй)пд) и масс-спектроскопии (обсуждается в главе 8), потому что он, как оказалось, дает меньше ложных результатов.
Результаты этих и другого типа исследований, которые позволяют прогнозировать взаимодействия между белками, были сведены в таблицу и организованы в базы данных, доступные по сети Интернет. Это позволяет молекулярному биологу, изучающему неболыпой набор белков, легко обнаружить, какие другие белки в той же самой клетке, как думают, связываются с белками из этого набора и, таким образом, взаимодействуют с ними. При графическом отображении в виде карти белковых взаимодействий (рго1е1п 1пГегас1юп тар) каждый белок представлен прямоуголь ником, или квадратом, или точкой в двумерной сети, а прямые линии соединяют те белки, которые, как удалось установить, взаимодействуют друг с другом.
Когда на одной карте показаны сотни или тысячи белков, диаграмма сети становится ошеломляюще сложной и помогает понять, сколько еще нам предстоит постичь, прежде чем мы сможем утверждать, что действительно изучили клетку. Намного более полезны маленькие подразделы таких карт, высвечивающие лишь группу из нескольких интересуюших нас белков. Так, на рнс. 3.82 показана сеть межбелковых взаимодействий пяти белков, образующих ЯСГ-убиквитинлигазу . регудугтОрй) ТОЧКА НДНДПДРЕППИКДЦИИ ,щаа; -' ИС)НИНА.
Е)зб. ' "'$)гд г9~. " ряб. ' убиквитиниюнъюгирую фермент Е2 кинетОКОР ~Ь белсхьадвптор 2 каркасный белок белок-адаптор 1 " ккь( (куллин) сборка Н'-дтр а в вакуепях Рис. 3.82. Карта некоторых межбелковых взаимодействий 5СР-убиквитинлигазы и других белков у дрожжей 5.
сегекйгае. Символы и (или) цвета, используемые для 5 входящих а молекулу лигазы белков, соответствуют таковым на рис. 3.79. Обратите внимание, что показаны 15 различных белков Г-бокс (фиолегпоаый фон); те, что помечены белыми буквами (начннаются с У), известны лишь гипотетически по последовательности генома как продукты открытых рамок считывания. Подробности сообщаются в тексте. (схема любезно предоставлена Регег Вошегз и оач)д евепьегб, цс(А-00е )пзбгосе (ог оепогысз апд Ргогеогп)сз, Оссд.) в клетке дрожжей (см.
рис. 3.79). Четыре субъединицы этой лигазы расположены в правой нижней части рис. 3.82. 1(оследняя субъединица, белок Г бокс, который служит ее субстрат связьгвакгщим отростком, представлена в виде набора из 15-ти различных продуктов генов, которые связываются с белком адаптером 2 (белок %р1). По верхней и левой частям рисунка разбросаны наборы дополнительных белковых взаимодействий, отмеченных желтым и зеленым г(юггом; как показано, эти наборы белков работают в репликации ДНК, задействованы в унравлснии клеточным циклом, участвуют в синтезе метионина, несут свою службу в кинето хоре и в вакуолярной сборке Н' — АТРазы.
Мы будем опираться на этот рисунок, чтобы объяснить, как такие карты белковых взаимодействий используются и что они могут показать, а что нс могут. 1, Карзы белковых взаимодействий удобны для распознавания вероятной функции еще нсохарактеризованных белков. Примеры Представлены теми нродук тами генов, о которых ко времени исследования известен (но пггслсдовательггости генома дрожжей) лишь факт их существования; это шесть белков на рисунке, для 268 Часть 1. Введение в мир клетки которых не дано трехбуквенное обозначение (бельсв буквьс, начинающиеся с т').
Один из них, продукт так называемой открыспой рамки считывания с'РК196С, расположен в основании репликационной группы и поэтому он, по всей вероятности, играет ту нли иную роль в запуске новых репликационных вилок. Остальные пять из представленных на этой схеме белков относятся к белкам г-бокс, которые связываются с белком Яр1; поэтому они, вероятно, работают как составная часть убиквитинлигазы, служа субстрат-связывающими отростками, которые распознают различные целевые белки. Однако, как мы обсудим далее, никакие предписанные таким способом функции нельзя счесть достоверными без привлечения дополнительных данных.
2. Сети белковых взаимодействий надлежит интерпретировать с должной осмотрительностью, потому что в результате эволюции, эффективно использующей генетическую информацию всех живых организмов, один и тот же белок может быть использован как часть двух различных белковых комплексов, которые выполняют функции разного типа. Так, если, скажем, белок А связывается с белком В, а белок В связывается с белком С, то из этого отнюдь не следует, что белки А и С функционируют в одном и том же процессе. Например, из доскональных биохимических исследований мы знаем, что функции белка 5кр! в кинетохоре и вакуолярной сборке Н' — АТРаза (желтый фон) отличаются от его функции в 5Сг-убиквитинлигазе. Фактически только последние три функции белка Бкр! из представленных на схеме: в синтезе мегионина, в регулировании клеточного цикла и в точке начала репликации (зеленый фон) — предполагают убиквитинирование.
3. В ходе межвидовых сравнений те белки, которые показывают подобные профили на обеих картах белковых взаимодействий, весьма вероятно, имеют одинаковую функцию в клетке. Таким образом, поскольку ученые получают все более и более подробные карты для множества организмов, результаты становятся все более и более пригодными для выяснения функции белка. Такой сравнительный анализ карт представляет собой особенно действенный инструмент для выяснения функций белков человека.
Большое количество прямой информации о функции белка (каковая не может быть раскрыта организмом самого человека) может быть получено средствами генной инженерии, мутационного и генетического анализа в ходе экспериментов с модельными организмами — такими как дрожжи, черви и мухи. Имеющиеся в нашем распоряжении данные позволяют предположить, что типичный белок в клетке человека может взаимодействовать с различными партнерами, число которых может варьировать от 5 до 15. Часто каждый из различных доменов мультидоменного белка связывается со своей группой партнеров; фактически, мы можем предположить, что необычайно огромные многодоменные структуры, обнаруженные в клетках человека, могли появиться в ходе эволюции ради того, чтобы облегчить возникновение таких взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
