Cercetătorii descoperă un mecanism ascuns legat de mutațiile SPOP în cancer
Mutațiile proteinei SPOP sunt frecvente în cancer, însă multe dintre ele rămân prost înțelese. Pentru a aborda această lacună, cercetătorii de la St. Jude Children’s Research Hospital au obținut structuri ale SPOP atât în prezența, cât și în absența acestor mutații. Studiul lor a surprins echilibrul delicat între stările active și inactive ale SPOP, demonstrând modul în care activitatea sa este reglată și dezvăluind că un subset esențial de mutații cancerigene perturbă acest echilibru, oferind pista lipsă pentru rolurile lor în boală. Studiul a fost publicat astăzi în Molecular Cell.
SPOP este un receptor de substrat și face parte din complexul mai mare E3 ubiquitin ligase, care echilibrează nivelurile anumitor proteine în celule. Aceste proteine includ regulatori cheie ai genelor, precum BRD2, BRD3 și BRD4, care contribuie la dezvoltarea cancerului atunci când activitatea sau nivelurile lor sunt deregulate. Multe dintre mutațiile cancerigene ale SPOP afectează modul în care aceste proteine se leagă de SPOP, iar astfel rolul lor în cancer poate fi explicat ușor. Totuși, mutațiile din alte părți ale SPOP se regăsesc în unele tipuri de cancer, iar contribuțiile lor la boală rămân o întrebare deschisă.
Cercetătorii, conduși de Tanja Mittag, PhD, de la Departamentul de Biologie Structurală, au descoperit că moleculele individuale de SPOP se asamblează într-o stare mare, asemănătoare unui „dublu donut”, atunci când sunt inactive. În schimb, o stare liniară de „filament” devine favorizată atunci când proteina este activată de partenerul său de legare, Cullin-3. Mutațiile gain-of-function, care determină suprasolicitarea SPOP, formează exclusiv filamente. Mutațiile loss-of-function, care împiedică activitatea SPOP, favorizează dublul donut. Aceasta sugerează că aceste mutații canceroase înclină anormal echilibrul SPOP fie către starea inactivă de dublu donut, fie către starea activă de filament.
Descoperirea stării de dublu donut ajută la elucidarea rolului mutațiilor anterior neexplicate. Noile rezultate aduc lucrările anterioare ale lui Mittag la o înțelegere completă a modului în care asamblarea SPOP contribuie la cancer.
„SPOP este unic printre ligazele ubiquitinice prin faptul că se asamblează în filamente lungi – niciun alt receptor de substrat pe care îl cunoaștem nu face acest lucru – dar nu înțelegeam ce aduce acest lucru,” a declarat Mittag. „Acum știm că SPOP trebuie să se asambleze în aceste filamente lungi pentru a putea circulariza și forma dublul donut.”
Asamblarea dublu donut este compusă din două inele stivuite, formate din 22 până la 30 de molecule individuale de SPOP, și este suficient de largă pentru a învălui un ribozom întreg. Studiile anterioare au arătat cum SPOP formează filamente lungi, asemănătoare unor fire, pentru a facilita legarea la substraturi. Aceste noi structuri oferă perspective asupra modului în care această activitate este reglată, inclusiv prin arătarea că Cullin-3, o proteină de suport din complexul E3 ubiquitin ligase, activează SPOP prin conducerea asamblării filamentelor.
„Unul dintre cele mai importante roluri ale dublu donut este că reprezintă o stare de ‘oprit’; acestea sunt practic o formă autoinhibată, inactivă a SPOP. Forma de filament liniar este starea activă,” a declarat co-autorul principal Matt Cuneo, PhD, din Departamentul de Biologie Structurală. „Mutațiile canceroase pot ocoli această reglare, ceea ce înseamnă că nu mai răspund semnalelor celulare normale care schimbă SPOP între structura inactivă de dublu donut și filamentul activ.”
În celule, SPOP se localizează în compartimente fără membrană numite speckle nucleare. Cercetătorii au descoperit că echilibrul între dublu donut și filament era esențial pentru acest proces. „Starea inactivă, de dublu donut, era puternic asociată cu speckle nucleare, în timp ce mutațiile gain-of-function determinau SPOP să se deplaseze în mediul înconjurător,” a spus Mittag. „Aceasta sugerează că SPOP asociat speckle este într-o stare de oprit, iar activarea reduce afinitatea pentru speckle.”
Aceste descoperiri au, de asemenea, implicații terapeutice potențiale. „Noua structură inactivă de dublu donut oferă un nou cadru pentru a gândi cum ar putea fi țintită SPOP în cancer,” a declarat co-autorul principal Mohamed-Raafet Ammar, PhD, din Departamentul de Biologie Structurală. „Dacă înțelegem căile de semnalizare celulară care guvernează tranziția între forma inactivă de dublu donut și forma activă de filament, am putea fi capabili să manipulăm activitatea SPOP în celule pentru un beneficiu terapeutic.”
Descoperirea stării inactive de dublu donut a SPOP, echilibrul său cu starea activă de filament și legătura cu localizarea în speckle nucleare pregătește terenul pentru investigații suplimentare în contextul celular al acestui echilibru. „Descoperirea a fost cu siguranță neașteptată și a necesitat câțiva ani și sute de ore de acces la resursele de criomicroscopie electronică de la St. Jude pentru a fi înțeleasă,” a spus Cuneo. „Dar, în ciuda tot ceea ce am învățat din aceste structuri, mai există informații lipsă, inclusiv mutații canceroase foarte prevalente, care rămân neexplicate. Aceasta indică faptul că mai este mult de învățat.”
