AlphaFold2 помог расшифровать взаимодействие транскрипционных активаторов и их кофакторов

В настоящее время уже достаточно много известно о составе комплексов регуляторов транскрипции и об их сайтах связывания. Однако традиционные методы (такие как ChIP-seq) не дают информации о механизме регуляции транскрипции и о доменах связывания транскрипционных активаторов (ТА) с кофакторами. Чтобы заполнить эти пробелы, ученые из Канады разработали метод для систематического определения способности белков активировать транскрипцию.

Исследователи создавали два гибридных белка: один из каталитически неактивного Cas9 и протеинфосфатазы ABI1, другой из потенциального ТА и рецептора абсцизовой кислоты PYL1. Обработка абсцизовой кислотой индуцирует связывание ABI1 с PYL1. Комплекс направляется к регуляторной последовательности репортерного гена EGFP с помощью гидРНК (гидовой РНК). Если связанный с PYL1 белок является ТА, то EGFP начинает экспрессироваться, и клетки флуоресцируют. ДНК, кодирующую гибридные белки, доставляли в клетки с помощью лентивирусных векторов.

Чтобы выявить ТА, исследователи протестировали белки, кодируемые 13 571 уникальным геном человека. Всего выявили 248 новых предполагаемых транскрипционных активаторов. Многие активаторы оказались транскрипционными факторами (ТФ), которые напрямую связываются с регуляторной областью своих генов-мишеней, тогда как другие — вспомогательными белками (кофакторами).

Ранее другие исследовательские группы обнаружили, что ТФ, принадлежащие одному семейству, несмотря на высокое сходство их аминокислотных последовательностей, оказывают разное действие на транскрипцию генов из-за наличия «дополнительных» доменов, роль которых могут выполнять кофакторы. Новое исследование показало, что лишь немногие представители крупных семейств ТФ могут активировать транскрипцию без участия кофакторов.

Таким образом, значительная часть ТФ активирует транскрипцию, только когда они связаны с кофакторами через домен, называемый трансактивационным (ТАД). Однако из-за вырожденной природы мотивов ТАД их предсказание с помощью вычислительных методов затруднено.

Чтобы определить последовательности ТАД, исследователи расщепили 75 ТА на последовательности по 60 аминокислот и использовали их вместо ТА для синтеза гибридных молекул, описанных выше. Исследователи выявили 70 активирующих транскрипцию фрагментов из 39 различных белков.

Плохо изучено, с какими кофакторами связываются определенные ТФ. Однако способность AlphaFold2 предсказывать интерфейсы белок-белкового взаимодействия (interaction interfaces) позволила исследователям найти специфические остатки в ТАД транскрипционных активаторов SPDYE4 и FAM90A1, которые взаимодействуют с BRD4. BRD4 почти всегда экспрессируется на высоком уровне у пациентов с острой миелоидной лейкемией. Комбинация компьютерных программ и экспериментальной проверки, вероятно, облегчит характеристику других взаимодействий ТФ-кофактор.

Хотя у многих обнаруженных в новом исследовании ТА ранее не наблюдалась способность активировать транскрипцию (в том числе у SPDYE4 и FAM90A1), некоторые из них были ранее обнаружены в опухолях. В раковых клетках они связаны с кофактором, образуя онкогенный химерный белок, что создает паталогический транскрипционный паттерн. Кофактор, в отличие от ТФ, можно использовать как мишень для низкомолекулярных противоопухолевых препаратов.