Mechanizm działania proteaz romboidalnych bez tajemnic
Białka z rodziny wewnątrzbłonowych proteaz romboidalnych pełnią ważne funkcje biologiczne, włączając w to komunikację międzykomórkową, dynamikę mitochondrialną i inwazję pasożytów eukariotycznych. Niewiele wiadomo jednak o mechanizmie ich działania u ssaków i bakterii pomimo najnowszych danych na temat struktur krystalicznych proteaz wewnątrzbłonowych u gatunków prokariotycznych. Wynika to przede wszystkim z niewystarczającej wiedzy o kompleksach powstających w wyniku wiązania się proteazy romboidalnej z substratem. Aby rzucić nowe światło na funkcjonowanie tych enzymów, naukowcy uczestniczący w projekcie RHOMBOID SUBSTRATES przyjrzeli się ich naturalnym substratom, wykorzystując w tym celu zaawansowaną analizę specyficzności substratowej oraz metody proteomiki i genetyki ilościowej. Zidentyfikowane substraty pomogły zespołowi odkryć mechanizmy leżące u podstaw funkcji biologicznych określonych proteaz romboidalnych w ludzkich komórkach nabłonkowych oraz bakteriach modelowych. Nowe substraty pomagają prześledzić mechanizm działania proteaz romboidalnych Prace prowadzone w oparciu o proteazy romboidalne E. coli i B. subtilis wykazały, że odpowiadają one za kontrolę jakości białek błonowych, a proces ten zbliżony jest do obserwowanej w komórkach eukariotycznych degradacji białek związanych z siateczką śródplazmatyczną. W kontekście proteaz romboidalnych występujących u ssaków wysiłki badawcze koncentrowały się na RHBDL2 – jednym z czterech znanych homologów enzymów, które lokalizują się w szlaku wydzielniczym. RHBDL2 lokalizuje się w błonie cytoplazmatycznej, gdzie pełni funkcję sekretazy, katalizując proteolizę znajdujących się na powierzchni komórek białek transbłonowych. Aby zidentyfikować gamę substratów RHBDL2, uczeni wykorzystali metody proteomiki ilościowej. Badaniu poddano szereg nowych cząsteczek rozszczepianych przez RHBDL2, włączając w to receptor interleukiny-6, inhibitor proteaz na powierzchni komórek znany pod nazwą Spint-1, receptor kolagenowy kinazy tyrozynowej DDR1, N-kadherynę i inne. Co ciekawe, substraty te cechowały się wysokim poziomem specyficzności, ponieważ do ich rozszczepienia mogło dojść wyłącznie przy udziale RHBDL2, którego w tym względzie nie mogły zastąpić inne paralogi proteaz romboidalnych. Zespół badawczy odkrył podstawowe zasady procesu rozpoznawania substratów przez proteazy romboidalne i przedstawił pierwszy w historii kompleks proteazy wewnątrzbłonowej z peptydami pochodzącymi z substratu. „Pozwoliło to opracować nowe, bardzo dokładne i wszechstronne testy aktywności, a co ważniejsze – doprowadziło nas do odkrycia nowej klasy wysoce selektywnych inhibitorów proteaz romboidalnych o wyjątkowo silnym działaniu oraz sposobów modyfikowania ich selektywności” – wyjaśnia koordynator projektu, prof. Strisovsky. Zidentyfikowane związki stanowią pierwsze narzędzia do badania funkcji biologicznych proteaz romboidalnych, lecz mogą być również stosowane w roli farmaceutycznych inhibitorów wspomnianych enzymów. Kliniczne znaczenie proteaz romboidalnych Na tym etapie dopiero rozwijamy naszą wiedzę na temat klinicznego znaczenia proteaz romboidalnych. „Analiza ekspresji genu RHBDL2 oraz naszych najbardziej szczegółowo opisanych substratów dowodzi, że ekspresja tych enzymów zachodzi w dużym stopniu w nabłonku skóry, dróg oddechowych i przewodu pokarmowego oraz wykazuje zmiany w obliczu podobnych stanów chorobowych” – kontynuuje prof. Strisovsky. Niektóre ze zidentyfikowanych substratów zdają się przyczyniać do utrzymania homeostazy nabłonka – złożonego mechanizmu, który wymaga regulacji procesów adhezji i migracji komórek oraz odbierania przez nie sygnałów ze środowiska pozakomórkowego. Biorąc pod uwagę fakt, że zaburzenia homeostazy nabłonka są objawem typowym dla szeregu różnych chorób, takich jak nowotwory, stany zapalne i zwłóknienia, proteazy romboidalne mogą znaleźć nowe zastosowanie terapeutyczne. Jednym z przykładów proteazy romboidalnej, która może przynieść korzyści kliniczne, jest PfROM4 – homolog występujący u zarodźca sierpowego. Ponieważ odpowiada on za zakaźność wspomnianego pasożyta, jego inhibicja może okazać się skutecznym sposobem walki z malarią. Co więcej, ludzka mitochondrialna proteaza romboidalna o nazwie PARL jest negatywnym regulatorem procesu degradacji mitochondriów. Ponieważ patogenezę choroby Parkinsona wiąże się z nagromadzeniem uszkodzonych mitochondriów, wsparcie mechanizmu autofagii w drodze inhibicji PARLS może wykazać działanie neuroprotekcyjne. Podsumowując, rezultaty projektu RHOMBOID SUBSTRATES poszerzyły istniejącą wiedzę i pomogły nam lepiej zrozumieć funkcje fizjologiczne tych niezwykle ważnych enzymów.
Słowa kluczowe
Proteaza romboidalna, RHOMBOID SUBSTRATES, RHBDL2, homeostaza nabłonka, PfROM4, PARL