Tartu teadlaste avastus: rakkudes toimiv lülitussüsteem meenutab ribakoodi

Igaüks meist käib aeg-ajalt poes. Kas olete mõelnud sellele hetkele, mil kassapidaja pistab küpsisepaki ribakoodilugeja ette ja kassaaparaadile ilmubki kiri “Küpsised”? Samamoodi tunneb koodilugeja ära hapukoore, hambaharja ja porgandid.

Tartu Ülikooli tehnoloogainstituudi proteiinkinaaside labori teadlased leidsid, et raku jagunemist reguleerivas lülitusmehhanismis toimib samasugune, ühedimensionaalset koodi meenutav ülitäpne ja korrapärane mehhanism. Täna ilmus neil selleteemaline artikkel mainekas teadusajakirjas Nature.

Proteiinkinaasid on valgud, mis toimivad rakusiseste lülititena, lisades valkudele fosfaadirühmi ning mõjutades sel kombel valkude aktiivsust, nende asukohta rakus ja suhet teiste valkudega.

Inimesel on avastatud üle poole tuhande proteiinkinaasi, nende märklaudvalke on kümneid tuhandeid ning teadlasi on kaua painanud küsimus: kuidas selles tohutus infosegadikus õiged signaalid õigetesse kohtadesse jõuavad ning lõpptulemusena saavad sündmused täpselt ja koordineeritult toimuda. Näiteks toimub proteiinikinaaside antud signaalide kontrolli all eluslooduse kõige olulisem protsess: üks rakk jaguneb kaheks, milles leiduv geneetiline informatsioon on identne.

Raku sees toimivad signaalvõrgustikud on mõnes mõttes sarnased mikroskeemidele elektroonikas, ent rakus on need oma olemuselt palju keerukamad. “Küsimus on selles, kuidas molekulid raku sees üksteist ära tunnevad, kuidas eristatakse õigeid signaale mürast ja valesignaalidest,” rääkis töörühma juht, vanemteadur Mart Loog.

Pagaripärmiga tehtud katsetes leidis Loogi töörühm, et proteiinkinaasid toimivad valkudes justnagu ribakoodilugejad kaupluse kassas. Kinaaside märklaudvalkudes on piirkonnad kus on teatavad kindlad fosforüleeritavate kohtade mustrid, ehk protsessoralad. Signaali väljundiks on teatav digitaalne kombinatsioon fosfaadiga ja fosfaadita positsioonidest.

“See positsioonide paigutus ei ole suvaline nagu tihti varem on arvatud. Selgus, et seal on kindlad seaduspärasused, ehk “multifosforüleerimise kood”, nagu me seda nimetame. Selle koodi põhilise osa lahtimuukimise oleme nüüd ära teinud, Siit aga avaneb edasi terve uus valdkond erinevaid võimalusi kinaasi signaalide töötlemiseks ” ütles Loog.

Loogi sõnul on see uudne lähenemine, keegi pole varem seda protsessi nii detailitäpselt uurinud.

Fosfaatide muster annab valgule kindla ülesande või identiteedi, uuritud juhul on selleks ülesandeks rakkude pooldumise protsessi sisselülitamine. Teistsuguse koodiga valgu puhul võib selleks aga hoopis olla näiteks selle protsessi peatamine, kontrollimine, lõpetamine või hoopis midagi muud. Sarnaselt annab kaupuses kauba külge kinnitatud ribakood kassapidajale info kauba identiteedi kohta, korraldab maksmise ning ajakohastab ja kontrollib ka laoseisu.

“Kuigi meie töö on baasteadus, võiks sellel olla mitmeid väljundeid. Laias perspektiivis on ravimite loomisel seda loogikat tundes võimalik kujundada paremaid strateegiaid, kuidas täpsemini olulisi protsesse mõjutada,” ütles Loog. Samas on tema hinnangul võimalik, et tulevikus on sünteetiline bioloogia suuteline neid protsesse täpselt tundes looma fosforüleerimisprotsessoreid ja lüliteid vastavalt olukorra vajadusele, et paremini  kontrollida ja juhtida kunstlikult kokku pandud mikroorganisme, mis suudavad toota näiteks biokütuseid või vajalikke ravimipreparaate.

Artikli esimene autor on doktorant  Mardo Kõivomägi, lisaks temale aitasid kaasa Ervin Valk, Anna Iofik, Rainis Venta ja Martin Lepiku. Loogi sõnul on täna Nature’s ilmuva artikli juures oluline ka see, et uurimistöö on läbi viidud ja koordineeritud Eestis. "See on Tartu Ülikooli tehnoloogiainstituudis alustatud ja Wellcome Trusti poolt rahastatud proteiinkinaaside labori mitmete aastate töö tulemus," ütles ta.

• Tweet