Szabados életet élő fehérjék nyomában
A promiszkuitás, azaz a szexuális partnerek váltogatása jól ismert biológiai fogalom. De létezik-e a jelenség a molekulák, a fehérjék világában? Vannak-e a molekuláris partnereiket gyakran váltogató fehérjék? A kérdésre igennel válaszolhatunk. Nyitray László, az ELTE Biokémiai Tanszék professzora és Martinek Tamás, a Szegedi Tudományegyetem Orvosi Vegytani Intézetének egyetemi tanára kutatócsoportjaikkal a fehérje-fehérje kölcsönhatások körében vizsgálták a promiszkuitást.
Nyitrai László és munkatársai korábban az evolúciós értelemben fiatal, csak a gerinces állatokban előforduló S100 fehérjecsalád 20 tagját tanulmányozták. Ezek a fehérjék a sejtekben kitüntetett szabályozó szerepet betöltő kalciumionokat kötik meg, ennek hatására pedig más fehérjékkel képesek kölcsönhatásba lépni, és ezáltal nagyszámú fiziológiás és patológiás folyamatban játszanak szerepet. A patológiás esetek mindig az S100 fehérjék túlzott termelődésével függnek össze, az S100 fehérjecsaládnak például áttéteket képző tumorok, neurodegeneratív és gyulladásos betegségek kialakulásában betöltött szerepe miatt van komoly diagnosztikai és terápiás jelentősége. A kutatók feltárták a fehérjecsalád fajlagosságát, és rájöttek, hogy
a család egyik része "promiszkuus",azaz többféle partnerfehérjével is kapcsolatot létesít,
míg a család másik fele „monogám”, egy vagy néhány partnerfehérjéhez kötődik csak, vagy egyáltalán nincs ismert partnere. Azt is látták, hogy az S100 család kölcsönhatási hálózatának feltérképezése nélkül lehetetlen továbblépniük a kutatásban.
Ezen a ponton jött létre szakmai kapcsolat a Szegedi Tudományegyetem munkatársával, Martinek Tamással, aki kutatócsoportjával a világon az elsők között állított elő úgynevezett foldamer könyvtárakat. A foldamerek a fehérje-fehérje kölcsönhatások résztvevőit utánzó szintetikus szerkezeti elemek, a gyógyszerfejlesztés ígéretes eszközei (főleg olyan esetekben, amikor a célfehérjéhez szerves kismolekulával nem lehet fajlagos kötést elérni). Használhatóságukról – miszerint képesek a célfehérjéket funkció alapján megkülönböztetni – a Martinek-csoport többek között a Nyitray-csoporttal együttműködve a Journal of Chemical Biology-ban közölt nagy hatású publikációt, amelyet a rangos kémiai folyóirat a 2020-as Chemical Science HOT Article Collection cikkei közé emelt.
A kutatók a Scientific Reportban most közölt publikációjukban egy hattagú, két aminosav oldalláncot „mimikáló” foldemerekből álló molekulakönyvtár segítségével az S100 fehérjecsalád összes tagjának a kötőfelszínét le tudták tapogatni. Ráadásul úgy, hogy az elméletileg létező majdnem összes, bár minimális méretű (2 aminosav) foldamerrel végeztek el 256x16, azaz több mint 5000 kötési mérést.
A nagyszámú mérésre a világon elsők között alkalmazták az ún. „holdup” módszert,
amelyet eredetileg francia együttműködő partnerük, Gilles Travé és munkatársai dolgoztak ki. Az adatok validálása a Nyitray-csoport által a korábbi vizsgálatokhoz kidolgozott fluoreszcens polarizációs módszerrel történt. Ráadásul a „nagy áteresztőképességű” módszer lehetővé tette azt is, hogy egy egyszerű algoritmust használva minden egyes S100 fehérjére kiszámoljanak egy „promiszkuitási értéket”. A közleményben ismertetett kísérletek oroszlánrészét Simon Márton OTDK-díjazott és kétszeres ÚNKP-nyertes kémia mesterszakos hallgató (jelenleg a Semmelweis Egyetem doktorandusza) végezte.
Az S100 fehérjék (sorok) foldamerekhez (oszlopok) kötésének ún. hőtérképe. Minél sötétebb a cella, annál erősebb a „holdup” módszerrel mért kölcsönhatás.
Az eredmények részben kiegészítik, részben megerősítik a korábbi cikkben közölteket. Nevezetesen, hogy az S100 család körülbelül fele „szabados életet él”, egyértelműen nem válogat a partnerek (foldamerek) között, míg a másik fele csak egy-két partnerrel vagy eggyel sem létesít fizikai kapcsolatot. A fenti eredményeket a jövőben elvégzendő, az S100 fehérjék patológiás szerepét megszüntetni kívánó gátlószer-fejlesztéseknél feltétlenül figyelembe kell venni, amennyiben hatékony és a legkevesebb mellékhatással rendelkező gyógyszert kívánnak előállítani.
A kutatómunkát az NKFIH egyéni kutatói pályázatai és a Fehérjetudomány és alkalmazásai nemzeti program támogatta, a kutatás további ábrái elérhetők a Természettudományi Kar honlapján.