ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของโปรตีนทั้งหมดของมนุษย์มีอย่างน้อยหนึ่งลำดับที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนตัวเดียวที่ทำซ้ำหลายครั้ง โดยมีกรดอะมิโนอื่น ๆ สองสามตัวโปรยเข้ามา “บริเวณที่มีความซับซ้อนต่ำ” เหล่านี้ยังพบได้ในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ส่วนใหญ่
โปรตีนที่มีลำดับเหล่านี้มีหน้าที่ต่างกันมากมาย แต่ขณะนี้นักชีววิทยาของ MIT ได้คิดค้นวิธีที่จะระบุและศึกษาพวกมันในฐานะกลุ่มที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียว เทคนิคของพวกเขาช่วยให้พวกเขาวิเคราะห์ความเหมือนและความแตกต่างระหว่าง LCR จากสปีชีส์ต่างๆ และช่วยให้พวกเขากำหนดหน้าที่ของลำดับเหล่านี้และโปรตีนที่พบ
นักวิจัยได้วิเคราะห์โปรตีนทั้งหมดที่พบในแปดชนิดโดยใช้เทคนิคนี้ ตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ พวกเขาพบว่าในขณะที่ LCR สามารถเปลี่ยนแปลงได้ระหว่างโปรตีนและสปีชีส์ พวกเขามักจะมีบทบาทคล้ายกัน ช่วยให้โปรตีนที่พวกเขาพบว่าเข้าร่วมการชุมนุมที่มีขนาดใหญ่กว่าเช่นนิวเคลียสซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่พบในเซลล์ของมนุษย์เกือบทั้งหมด
“แทนที่จะดูที่ LCR เฉพาะและหน้าที่ของ LCR ซึ่งอาจดูเหมือนแยกจากกันเนื่องจากเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่แตกต่างกัน วิธีที่กว้างขึ้นของเราช่วยให้เรามองเห็นความคล้ายคลึงกันระหว่างคุณสมบัติของ LCR ซึ่งบ่งชี้ว่าบางทีหน้าที่ของ LCR อาจไม่แตกต่างกันเลย ” Byron Lee นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT กล่าว
นักวิจัยยังพบความแตกต่างบางประการระหว่าง LCR ของสปีชีส์ต่างๆ และแสดงให้เห็นว่าลำดับ LCR เฉพาะสปีชีส์เหล่านี้สอดคล้องกับหน้าที่เฉพาะของสปีชีส์ เช่น การสร้างผนังเซลล์พืช
Lee และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Nima Jaberi-Lashkari เป็นผู้เขียนหลักของการศึกษานี้ ซึ่งปรากฏในeLife ในวัน นี้ Eliezer Calo ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่ MIT เป็นผู้เขียนอาวุโสของบทความนี้
การศึกษาขนาดใหญ่
การวิจัยก่อนหน้านี้เปิดเผยว่า LCR เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ ของเซลล์ รวมถึงการยึดเกาะของเซลล์และการจับกับ DNA LCR เหล่านี้มักอุดมไปด้วยกรดอะมิโนตัวเดียว เช่น อะลานีน ไลซีน หรือกรดกลูตามิก
การค้นหาลำดับเหล่านี้และศึกษาหน้าที่ของพวกมันเป็นรายบุคคลเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานาน ดังนั้นทีม MIT จึงตัดสินใจใช้ชีวสารสนเทศ ซึ่งเป็นแนวทางที่ใช้วิธีการคำนวณเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลทางชีววิทยาชุดใหญ่ เพื่อประเมินเป็นกลุ่มใหญ่
“สิ่งที่เราต้องการจะทำคือถอยหลังหนึ่งก้าวและแทนที่จะมองที่ LCR แต่ละรายการ ให้ลองดูที่ LCR ทั้งหมดและดูว่าเราสามารถสังเกตรูปแบบบางอย่างในสเกลที่ใหญ่ขึ้นหรือไม่ ซึ่งอาจช่วยให้เราทราบได้ว่า คนที่ได้รับมอบหมายหน้าที่กำลังทำอยู่ และยังช่วยให้เราเรียนรู้เล็กน้อยเกี่ยวกับสิ่งที่ไม่ได้รับมอบหมายหน้าที่กำลังทำอยู่” Jaberi-Lashkari กล่าว
ในการทำเช่นนั้น นักวิจัยได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า dotplot matrix ซึ่งเป็นวิธีการแสดงลำดับกรดอะมิโนด้วยสายตา เพื่อสร้างภาพของโปรตีนแต่ละชนิดภายใต้การศึกษา จากนั้นพวกเขาใช้วิธีการประมวลผลภาพด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อเปรียบเทียบเมทริกซ์เหล่านี้หลายพันตัวพร้อมกัน
การใช้เทคนิคนี้ นักวิจัยสามารถจัดหมวดหมู่ LCR โดยพิจารณาจากกรดอะมิโนที่มีการทำซ้ำบ่อยที่สุดใน LCR พวกเขายังจัดกลุ่มโปรตีนที่มี LCR ตามจำนวนสำเนาของ LCR แต่ละประเภทที่พบในโปรตีน การวิเคราะห์ลักษณะเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่ของ LCR เหล่านี้
ในการสาธิตครั้งหนึ่ง นักวิจัยได้เลือกโปรตีนของมนุษย์ที่เรียกว่า RPA43 ซึ่งมี LCR ที่อุดมด้วยไลซีนสามชนิด โปรตีนนี้เป็นหนึ่งในหลายหน่วยย่อยที่ประกอบเป็นเอนไซม์ที่เรียกว่า RNA polymerase 1 ซึ่งสังเคราะห์ไรโบโซม RNA นักวิจัยพบว่าจำนวนสำเนาของ LCR ที่อุดมด้วยไลซีนมีความสำคัญในการช่วยให้โปรตีนรวมเข้ากับนิวเคลียสซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ไรโบโซม
ส่วนประกอบทางชีวภาพ
ในการเปรียบเทียบโปรตีนที่พบใน 8 ชนิดที่แตกต่างกัน นักวิจัยพบว่า LCR บางประเภทได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีระหว่างสปีชีส์ ซึ่งหมายความว่าลำดับมีการเปลี่ยนแปลงน้อยมากในช่วงเวลาวิวัฒนาการ ลำดับเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะพบได้ในโปรตีนและโครงสร้างเซลล์ที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงเช่นกัน เช่น นิวคลีโอลัส
“ลำดับเหล่านี้ดูเหมือนจะมีความสำคัญสำหรับการประกอบบางส่วนของนิวเคลียส” ลีกล่าว “หลักการบางอย่างที่ทราบกันดีว่ามีความสำคัญสำหรับการประกอบลำดับที่สูงขึ้นดูเหมือนจะมีบทบาทเพราะจำนวนสำเนาซึ่งอาจควบคุมจำนวนปฏิสัมพันธ์ที่โปรตีนสามารถทำได้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับโปรตีนที่จะรวมเข้ากับส่วนนั้น”
นักวิจัยยังพบความแตกต่างระหว่าง LCRs ที่พบในโปรตีนสองประเภทที่เกี่ยวข้องกับการรวมตัวของนิวเคลียส พวกเขาค้นพบว่าโปรตีนนิวคลีโอลาร์ที่เรียกว่า TCOF มี LCR ที่อุดมด้วยกลูตามีนจำนวนมากที่สามารถช่วยสร้างโครงสร้างได้ ในขณะที่โปรตีนนิวคลีโอลาร์ที่มี LCR ที่อุดมด้วยกรดกลูตามิกเพียงไม่กี่ชนิดเหล่านี้สามารถคัดเลือกเป็นลูกค้าได้ (โปรตีนที่มีปฏิสัมพันธ์กับโครงนั่งร้าน) ).
โครงสร้างอื่นที่ดูเหมือนว่าจะมี LCR ที่อนุรักษ์ไว้จำนวนมากคือจุดนิวเคลียร์ ซึ่งพบได้ในนิวเคลียสของเซลล์ นักวิจัยยังพบความคล้ายคลึงกันหลายอย่างระหว่าง LCRs ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างส่วนประกอบขนาดใหญ่เช่นเมทริกซ์นอกเซลล์ซึ่งเป็นเครือข่ายของโมเลกุลที่ให้การสนับสนุนโครงสร้างแก่เซลล์ในพืชและสัตว์
ทีมวิจัยยังพบตัวอย่างโครงสร้างที่มี LCR ที่ดูเหมือนจะมีความแตกต่างระหว่างสปีชีส์ ตัวอย่างเช่น พืชมีลำดับ LCR ที่โดดเด่นในโปรตีนที่ใช้สร้างโครงผนังเซลล์ และไม่พบ LCR เหล่านี้ในสิ่งมีชีวิตประเภทอื่น
ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะขยายการวิเคราะห์ LCR ไปยังสายพันธุ์อื่นๆ
“มีอะไรให้สำรวจมากมาย เพราะเราสามารถขยายแผนที่นี้ไปยังทุกสายพันธุ์ได้” ลีกล่าว “นั่นทำให้เรามีโอกาสและกรอบการทำงานในการระบุส่วนประกอบทางชีววิทยาใหม่”
การวิจัยได้รับทุนจากสถาบันวิทยาศาสตร์การแพทย์ทั่วไป, สถาบันมะเร็งแห่งชาติ, ศูนย์ลุดวิกที่ MIT, ทุนฝึกอบรมก่อนปริญญาเอกด้านสุขภาพของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ และ Pew Charitable Trusts
