Различные процессы в нашем организме регулируются последовательными изменениями в белках. Поэтому выявление таких изменений важно для дальнейшего изучения человеческого организма. Ученые из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде, Германия, внесли в него существенный вклад: используя новый метод, они смогли идентифицировать более 6000 сайтов гликозилирования белков в различных тканях и таким образом создали прочную основу для понимания всех жизненно важных процессов. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Многие биологические механизмы, в том числе иммунный ответ, апоптоз или патогенез заболеваний, основаны на последовательном преобразовании отдельных компонентов белков – аминокислот. Ученые называют этот процесс посттрансляционной модификацией белка. Хотя технологии в протеомике в последние годы развиваются достаточно быстро, до сих пор выявление таких модифиццированных белков оставалось ограниченным. Особенно неисследованной оставалась трансформация белков в результате гликозилирования – присоединения углеводов к отдельной аминокислоте в составе белковой молекулы. Но этот процесс как раз и является одним из самых важных механизмов трансформации белков, играющим решающую роль в формировании органов и организмов. Если во время модификации белка возникает ошибка или процесс становится неконтролируемым, возможно развитие таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Кройтцфельдта-Якоба.

Ученые Института биохимии Макса Планка из научно-исследовательского отдела Протеомики и передачи сигнала, возглавляемые Маттиасом Манном (Matthias Mann), смогли пролить свет на этот процесс: они разработали высокоэффективный основанный на масс-спектрометрии метод, позволяющий выявлять сайты N-гликозилирования в белках различных тканей. N-гликозилирование – особый тип гликозилирования, в процессе которого углевод присоединяется к определенному компоненту белка – аминокислоте аспарагину (сокращенно N).

Ионизация образца электроспреем перед измерением с помощью масс-спектрометра

Новый метод основан на технологии фильтрации, что дает возможность экстрагировать из биологических образцов даже малодоступные белки. Ученые объединили этот метод с применением спектрометров с высоким разрешением, в результате чего смогли картировать 6367 сайтов гликозилирования белков в 2352 белках в четырех тканях и плазме крови мышей. Они обнаружили 74% уже известных гликосайтов и открыли еще 5753 сайта в самых разных белках мышей. Более того, они нашли новые паттерны аминокислотных последовательностей, связанные с N-гликозилированием. Анализ локализации внутриклеточных гликосайтов показывает, что сайты всегда ориентированы по направлению к внеклеточному пространству или к люмену эндоплазматического ретикулума, аппарату Гольджи, лизосомам или пероксисомам. Ученые не обнаружили никаких свидетельств того, что N-гликозилирование протекает в ядре клетки, цитозоле или митохондриях.

Объединив технологию фильтрации с применением высокоточных масс-спектрометров, ученые Института биохимии Макса Планка картировали 6367 сайтов гликозилирования белков в четырех тканях и плазме крови мышей

Эти открытия представляют собой важный вклад в протеомику, так как помогают лучше понять процессы, протекающие в человеческом организме. Более того, они могут сыграть значительную роль в изучении болезней. Например, ученые смогли идентифицировать некоторые сайты, связанные с различными заболеваниями: они обнаружили неизвестные до сих пор сайты N-гликозилирования в белках, играющих важную роль в развитии болезни Альцгеймера. Так как N-гликозилирование задействовано во многих процессах, идущих при болезни Альцгеймера со значительными нарушениями, ученые подозревают, что этот тип модификации белков непосредственно вызывает заболевание или, по крайней мере, решающим образом влияет на его течение. Таким образом, ученые надеются, что результаты их работы внесут вклад в дальнейшее изучение таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера.

Аннотация к статье: D. Zielinska, F. Gnad, J. Wisniewski, M. Mann. Precision Mapping of an In Vivo N-Glycoproteome Reveals Rigid Topological and Sequence Constraints