Учёные использовали ИИ, чтобы найти скрытый белок TM184C и понять, как он помогает клеткам обмениваться ресурсами

Международная команда учёных разработала новый подход к поиску белков в организме человека, основанный не на анализе генетических последовательностей, а на изучении трёхмерной структуры молекул. Исследователи из Sylvester Comprehensive Cancer Center при Университете Майами Miller School of Medicine сравнили форму более 214 миллионов предсказанных белков и сосредоточились на поиске скрытых членов семейства G protein-coupled receptor (GPCR) — группы белков, которые помогают клеткам воспринимать и реагировать на внешние сигналы.

Как ИИ помог найти новый белок

«На протяжении десятилетий мы в основном изучали биологию белков, используя последовательность как нашу путеводную звезду, — рассказал старший автор исследования Дэниел Г. Айсом, сотрудник Sylvester и факультета молекулярной и клеточной фармакологии. — Мы хотели узнать, какую биологию мы можем упустить, если искать по трёхмерной структуре вместо этого. То, что мы обнаружили, предполагает, что существует ещё один слой биологии, который скрывался на виду».

Белок TM184C и его функция

Особое внимание исследователей привлёк белок TM184C. Хотя он имеет структуру, похожую на GPCR, он ведёт себя иначе. Большая часть этого белка находится внутри клетки, в мембранах внутриклеточных везикул — крошечных пакетов, которые переносят материалы. Учёные обнаружили, что эти везикулы движутся вдоль микротрубочек (внутренних «дорог» клетки) и скапливаются в тонких выступах, соединяющих соседние клетки.

«Когда мы увидели везикулы, положительные на TM184C, движущиеся через соединения между клетками, мы поняли, что эти структуры могут быть маршрутами для значительного обмена материалами, — сказала Дженнифер Аркури, старший научный сотрудник Sylvester и ведущий автор исследования. — Это полностью изменило то, как мы думали о TM184C, и заставило нас рассмотреть, как клетки могут использовать эти соединения для сотрудничества и конкуренции за ресурсы».

Обмен ресурсами между клетками

Эти выступы действуют как мосты, через которые клетки обмениваются метаболитами, везикулами и органеллами, включая митохондрии, которые производят энергию, питающую клетки. Когда исследователи нарушили функцию TM184C, клетки образовали меньше соединений и показали изменения в форме и организации везикул, что свидетельствует о том, что TM184C помогает строить и управлять этими межклеточными каналами.

Открытие поднимает фундаментальный вопрос: когда клетки делятся ресурсами, кто получает выгоду? В здоровой ткани такой обмен может помочь клеткам пережить стресс, перемещая топливо или повреждённые компоненты туда, где они необходимы. Но если обмен неравномерный, одна клетка может получить преимущество за счёт другой.

Связь с раком и автофагией

В раке, где опухолевые клетки часто растут с ограниченным количеством кислорода и питательных веществ, межклеточные мосты могут дать некоторым клеткам ещё один способ выжить, делясь ресурсами или получая поддержку от окружающих клеток. Исследователь Бруно Колон отметил: «Как часть моей докторской работы в лаборатории Айсома, я изучаю, как эти соединения возникают в нормальных клетках и агрессивных раках, таких как глиобластома. Понимание их роли может дать нам новое понимание того, как эти опухоли общаются».

TM184C также, похоже, помогает регулировать автофагию — процесс, который клетки используют для разложения и переработки старых или повреждённых частей. Когда TM184C был снижен, маркеры автофагии увеличились, что предполагает, что белок помогает настраивать этот процесс.

Эволюционная консервация функции

Команда изучала дрожжевой белок Hfl1, который похож на человеческий белок TM184C. Когда исследователи удалили Hfl1 из дрожжей, клетки развили проблемы. Однако когда они добавили человеческий белок TM184C, это исправило эти проблемы. Этот неожиданный результат показывает, что эта важная функция осталась сходной между дрожжами и людьми несмотря на примерно миллиард лет эволюции.

Роль ИИ в будущих открытиях

Айсом подчеркнул, что научные исследования должны сочетать экспериментальную проверку с ИИ: «ИИ нельзя слепо доверять, но он может привести к действительно большим вещам в руках экспертов и подготовленных умов». Более широкое послание состоит в том, что ИИ не просто ускоряет науку — он меняет то, что учёные могут видеть. TM184C — это один пример того, что может быть скрыто в «тёмном протеоме» и новый способ изучения того, как клетки общаются, переживают стресс и возможно способствуют болезни.

Это данные исследования, а не медицинский совет.