심장에 있는 알려지지 않은 작은 단백질들

Norbert Hübner 교수의 MDC 연구 그룹이 이끄는 팀은 인간의 심장 세포의 "단백질 공장"이 실제로 작동하는 것을 관찰하여 전체 조직을 처음으로 조사했습니다. Cell에 발표 된 기사 에세이 그룹은 놀라운 발견과 향후 심장병 치료에 포함 할 가능성을 밝힙니다.

인간의 마음에는 많은 비밀이 있습니다. 그리고 비유적이고 감정적 인 의미 만이 아닙니다. 또한 합리적이고 과학적인 관점에서 우리는 신체의 모든 세포에 산소를 공급하는 근육 기관의 기능에 대해 놀랍게도 거의 알지 못합니다.

과학 저널 인 Cell에 발표 된 연구 는 이제 이 가장 중요한 기관에 대해 조금 더 밝게 밝혔습니다. MDC가 이끄는 56 명의 연구원으로 구성된 국제 팀은 우리 몸의 세포 단백질 공장 인 리보솜에서 생산 된 단백질을 건강한 사람과 심장병으로 고통받는 사람들의 심장 세포에서 검사했습니다. 그 결과는 놀랍고 이전에는 완전히 알려지지 않은 많은 미니 단백질의 발견을 포함했습니다.

이 작업에는 MDC와 Charité의 여러 그룹을 포함한 베를린의 과학자들과 Bad Oeynhausen, Göttingen, Hamburg, Münster, 오스트레일리아, 영국, 일본, 네덜란드, 싱가포르 및 미국의 연구원들이 포함되었습니다.

DNA는 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 많은 청사진을 포함합니다

모든 세포의 핵에 저장된 DNA에는 신체에서 생산 된 모든 단백질에 대한 청사진이 들어 있습니다. 단백질의 생산은 전사와 번역의 2 단계 과정입니다. 첫 번째 단계에서, DNA 단편의 사본은 메신저 RNA (mRNA)의 형태로 생성 된 후 세포핵을 남긴다. 제 2 단계에서, 리보솜은 세포 내에서 수영하는 개별 아미노산을 사용하여 상응하는 단백질을 생성한다. 전사에 대한 많은 과학적 연구가 있었지만 번역 과정에 대해서는 비교적 알려진 바가 거의 없습니다.

"리보솜 프로파일 링 또는 Ribo-Seq로 알려진 비교적 새로운 기술의 도움으로, 우리는 이제 분리 된 세포뿐만 아니라 리보솜이 이동하는 mRNA 부위를 온전한 인간 심장 조직에서 처음으로 확인할 수있었습니다. MDC에서 심혈관 질환의 유전자 및 유전체학 그룹의 Norbert Hübner 교수의 멤버 인 Sebastiaan van Heesch 박사는 설명했다. "특별한 알고리즘을 사용하여 번역 중에 심장에서 어떤 단백질이 생성되는지 계산할 수있었습니다."

이 기술을 사용하여 연구자들은 이전에 알려지지 않은 작은 일련의 작은 단백질을 발견했습니다. van Heesch와 그 팀에 의해 이루어진 또 다른 놀라운 발견은 많은 미세 단백질이 인코딩 특성을 가지고 있지 않은 것으로 여겨지는 RNA에 의해 인코딩되었다는 것입니다.

대부분의 미니 단백질은 에너지 생산에 사용됩니다

과학자들은 특수한 현미경 기술을 사용하여 일단 생산되면이 마이크로 단백질의 절반 이상이 세포의 에너지 강국 인 미토콘드리아로 이동한다는 것을 관찰 할 수있었습니다. Norbert Hübner는“이것은 심장의 에너지 생산 과정에서 분명히 사용된다는 것을 의미합니다. "많은 심장병은 잘못된 에너지 대사로 인해 발생하기 때문에이 결과에 특히 관심이있었습니다."

병에 걸린 심장과 건강한 심장의 병변 (형성된 단백질의 총체) 사이의 가능한 차이를 감지하기 위해 과학자들은 심장 근육 병증 (DCM)이 확장 된 65 명의 환자 (심장 근육이 커지는 상태)의 조직 샘플을 검사했습니다. 예정된 심장 수술 동안 생검에 의해 환자로부터 샘플을 채취 하였다. 15 개의 건강한 심장 조직을 비교에 사용 하였다.

많은 환자들이 삶의 어느 시점에서 심장 이식을 받아야하는 DCM은 인간 심장의 가장 크고 가장 중요한 단백질 인 티틴 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. van Heesch 박사는“이 유전자 돌연변이의 결과로 mRNA에서 정지 신호가 생성되어 리보솜이 티틴이 완성되기 전에 작업을 마치도록 지시한다. 그러나 DNA에이 돌연변이를 가지고있는 모든 사람들이 실제로 DCM을 개발하지는 않습니다.

수평선에 심장병에 대한 새로운 접근

Van Heesch와 그의 동료들은 현재 그들의 발견의 원인을 조사하고 있습니다. "우리는 리보솜이 때때로이 정지 신호를 단순히 무시하고 티틴 생산에 영향을 미치지 않는 것을 관찰했다"고 연구원은 말했다. 그는 현재 목표는 이것이 일어나는 상황을 찾는 것이라고 설명했다. Van Heesch는 이것이 mRNA에서의 유전 적 돌연변이의 위치 때문일 수도 있지만, 일단 식별되면 치료할 수있는 요인의 결과 일 수도 있다고 설명했다.

van Heesch는 동료들과 함께 새로 발견 된 미세 단백질의 역할을보다 면밀히 조사하고자합니다. "이러한 단백질은 진화 적으로 상당히 젊어 보인다"고 그는 말했다. "예를 들어 마우스 하트에서 찾을 수 없습니다." 따라서이 물질들은 인간의 심장이 얼마나 특별한 지에 대한 추가적인 증거를 제공한다고 그는 주장했다. 또한 과학자는 언젠가이 단백질을 심장병의 진단 또는 심장 에너지 대사의 중단을 치료하는 데 그 어느 때보 다 효과적인 미래 치료를위한 표적 구조로 사용할 수 있기를 희망합니다.

-요약-

과학자들이 인간 심장 세포들의 ‘단백질 공장’의 활동을 보고, 처음으로 전체 조직을 조사했다.

그들은 건강한 사람들과 심장 질환으로 고생하는 사람들의 심장 세포에서 우리 몸의 세포 단백질 공장인 리보솜(ribosomes)이 만드는 단백질들을 조사했다. 놀랍게도 이전에 완전히 알려지지 않았던 많은 작은 단백질들을 발견했다.

리보솜 프로파일링이라고 알려진 기술을 이용해서, 그들은 격리된 세포 안 뿐만 아니라, 온전한 사람 심장 조직에서도 리보솜이 어떤 mRNA 부위로 이동했는지를 처음으로 알아낼 수 있었다.

특별한 알고리즘을 이용해서, 그들은 그 번역 과정에서 심장에서 어떤 단백질이 생산되었는지 계산할 수 있었다.

그들은 이전에 알려지지 않은 작은 단백질들을 발견했다. 그 중 많은 작은 단백질들이 단백질을 만드는 지시를 포함하지 않는다고 여겨졌던 RNAs에 의해서 인코딩됐다.

현미경을 통해, 이 작은 단백질들은 일단 생산된 후에, 미토콘드리아로 이동하는 것이 목격되었다. 이것은 그것들이 심장 에너지 생산 과정에서 사용된다는 것을 의미했다. 많은 심장 질환이 잘못된 에너지 대사로 인해서 일어나기 때문에, 이 발견은 매우 흥미롭다.

건강한 심장과 병든 심장의 생산된 단백질 총량(translatome)에서의 차이를 알아보기 위해서, 그들은 확장성 심근병증(dilated cardiomyopathy (DCM)) 환자들의 조직 표본과 건강한 심장 조직을 비교했다. DCM은 titin 유전자(사람 심장에서 가장 크고 중요한 단백질)에서의 돌연변이에 의해서 일어난다. 이 유전자의 돌연변이의 결과, 멈춤 신호가 mRNA에서 만들어져서 리보솜이 titin이 완성되기 전에 일을 마치도록 지시한다. 그러나, 이 돌연변이를 가진 모든 사람들이 실제로 DCM으로 발달하지는 않는다.

그 연구자들은 리보솜이 때로는 이 멈춤 신호를 무시하고 titin생산을 계속할 수 있다는 것을 보았다. 이제 목표는 이것이 일어나는 상황을 알아내는 것이다.

새롭게 발견된 작은 단백질들의 역할을 알아내는 것은, 심장 질환을 치료에 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것이다.