Streszczenie: Mutacja genetyczna TOP2B H58Y związana z autyzmem była znacznie mniej mobilna niż mutacja TOP2B WT. Naukowcy twierdzą, że przeszkolony ruch TOP2B H58Y odbywa się za pośrednictwem aktywności ATPazy.

Źródło: Uniwersytet Kumamoto

Procesy replikacji i transkrypcji DNA mogą wprowadzać skrętne (lub skręcające) naprężenia w strukturze DNA. Te problemy topologiczne są łagodzone przez enzym zwany topoizomerazą II (TOP2) poprzez szereg reakcji.

Ważny pod tym względem enzym TOP2 ma ewolucyjnie konserwowaną strukturę zawierającą N-końcową domenę ATPazy, rdzeń katalityczny i domenę C-końcową. Warto zauważyć, że ludzie mają dwa rodzaje TOP2: TOP2A, niezbędny w procesach podziału komórek, oraz TOP2B, ważny gracz w proliferacji i ekspresji genów neuronów.

Seria wcześniejszych badań ujawniła, że ​​mutacje zmiany sensu w domenie katalitycznej TOP2B mogą prowadzić do szkodliwych konsekwencji.

Ostatnio u pacjentów z zaburzeniami ze spektrum autyzmu i globalnym opóźnieniem rozwojowym odkryto heterozygotyczną mutację linii zarodkowej (tj. mutację genetyczną w komórce rozrodczej, która później znajduje odzwierciedlenie w każdej komórce potomstwa) w domenie ATPazy TOP2B.

W tej mutacji histydyna jest podstawiona tyrozyną w pozycji 58 i dlatego nazywa się to substytucją H58Y (odtąd określaną jako TOP2B H58Y).

Co ciekawe, ta mutacja nie powoduje rozległych zmian strukturalnych w TOP2B. Tak więc naukowcy przypuszczali, że powoduje to zmianę funkcjonalną niezwiązaną z aktywnością katalityczną TOP2B.

Aby lepiej zrozumieć biologiczne znaczenie mutacji H58Y, grupa naukowców pod kierownictwem prof. Ken-ichi Yano z Kumamoto University w Japonii przeprowadziła kompleksowy zestaw eksperymentów.

Ich wyniki publikuje m.in Raporty naukowe.

Wyjaśniając motywację badania, prof. Yano mówi: „Ostatnie postępy w analizie genomu ujawniły szereg mutacji genów związanych z chorobami. Jednak pomimo tych postępów wpływ tych mutacji na białka pozostaje nieznany. To badanie stanowi przykład tego, jak mutacje wpływają na zachowanie białek w komórkach”.

Odzyskiwanie fluorescencji po fotowybielaniu (FRAP) to metoda monitorowania wewnątrzkomórkowych ruchów molekularnych. Wykorzystując analizę FRAP, zespół porównał dynamikę jądrową TOP2B typu dzikiego (TOP2B WT) z TOP2B H58Y.

Mobilność jest ważną cechą białek jądrowych i ma kluczowe znaczenie dla wykonywania różnych funkcji biologicznych. Co ciekawe, TOP2B H58Y był znacznie mniej mobilny w porównaniu do TOP2B WT.

Zmniejszona ruchliwość TOP2B H58Y została dodatkowo potwierdzona przez jego niewrażliwość na inhibitor TOP2, ICRF-187, który zmniejsza ruchliwość TOP2 poprzez zaciśnięcie go na DNA.

Chociaż TOP2B H58Y nie reagował na ICRF-187, jego odpowiedź na truciznę TOP2, etopside, który hamuje proliferację, była podobna do TOP2B. Wynik ten sugerował, że zmutowany enzym zachował część swojego potencjału katalitycznego.

Eksperymenty zespołu ujawniły również mechanizm leżący u podstaw niskiej ruchliwości białek. Odkryli, że G180I, który wpływa na wiązanie ATP z TOP2B, może przywrócić ruchliwość TOP2B H58Y. Wyniki te wykazały zatem, że w ograniczonych ruchach TOP2B H58Y pośredniczyła aktywność ATPazy.

Eksperymenty te rzuciły światło na rzadki przykład tego, jak mutacja związana z chorobą może zmienić dynamikę jądrową, zapewniając w ten sposób platformę do zrozumienia biologicznego znaczenia takich mutacji.

Konieczne są dalsze eksperymenty, aby uzyskać wgląd w funkcjonalny wpływ ograniczonej ruchliwości zmutowanego białka oraz procesy molekularne leżące u podstaw autyzmu.

Optymistycznie oceniając znaczenie swoich wyników, prof. Yano konkluduje, że te eksperymenty „mogą być ważną wskazówką do zrozumienia przyczyny autyzmu”.

O tych wiadomościach z badań nad genetyką i autyzmem

Autor: Biuro prasowe
Źródło: Uniwersytet Kumamoto
Kontakt: Biuro Prasowe – Uniwersytet Kumamoto
Obraz: Obraz jest w domenie publicznej

Zobacz też

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Związana z chorobą mutacja H58Y wpływa na dynamikę jądrową ludzkiej topoizomerazy DNA IIβ” autorstwa Keiko Morotomi-Yano i in. Raporty naukowe

Abstrakcyjny

Związana z chorobą mutacja H58Y wpływa na dynamikę jądrową ludzkiej topoizomerazy DNA IIβ

Topoizomeraza DNA II (TOP2) jest enzymem, który rozwiązuje problemy topologiczne DNA i odgrywa kluczową rolę w różnych procesach jądrowych.

Niedawno zidentyfikowano heterozygotyczne podstawienie H58Y w domenie ATPazy ludzkiego TOP2B u pacjentów z zaburzeniami ze spektrum autyzmu, ale jego znaczenie biologiczne pozostaje niejasne.

W tym badaniu przeanalizowaliśmy dynamikę jądrową TOP2B z H58Y (TOP2B H58Y). Chociaż TOP2B typu dzikiego był wysoce mobilny w jądrze żywej komórki, ruchliwość jądrowa TOP2B H58Y była znacznie zmniejszona, co sugeruje, że wpływ H58Y przejawia się jako niska mobilność białka.

Odkryliśmy, że TOP2B H58Y jest niewrażliwy na ICRF-187, inhibitor TOP2, który zatrzymuje TOP2 jako zamknięty zacisk na DNA. Kiedy aktywność ATPazy TOP2B została naruszona, ruchliwość jądrowa TOP2B H58Y została przywrócona do poziomów typu dzikiego, co wskazuje na udział aktywności ATPazy w niskiej ruchliwości jądrowej.

Analiza zmodyfikowanych genomów komórek niosących TOP2B H58Y wykazała, że ​​TOP2B H58Y zachowuje wrażliwość na trujący etopozyd TOP2, co sugeruje, że TOP2B H58Y może przechodzić przynajmniej część swoich reakcji katalitycznych.

Łącznie TOP2 H58Y stanowi wyjątkowy przykład związku między mutacją związaną z chorobą a zaburzoną dynamiką białek.