Mart Loog

Bioloogiliste signaalide protsessimine multifosforüülitavate signaalivõrgustike abil

Bioloogiliste signaalide töötlemine valkude fosforüülimise abil on elusorganismide funktsioneerimiseks eluliselt vajalik, eriti selliste tähtsate protsesside käigus nagu rakkude jagunemine ja organismi mõjutavad haigusi põhjustavad mehhanismid. Selle nähtuse sügavam mõistmine ja selle üle suurema kontrolli saavutamine on seetõttu sellega seotud valdkondade ning tööstusharude tuleviku seisukohalt väga tähtis. Projekti Phosphoprocessors eesmärk oli jätkata töörühma varasemat multifosforüülimisega seotud teadustööd ja süveneda edasi rakkude jagunemise põhiregulaatorite – tsükliinisõltuvate kinaaside (CDK) – keerulisse funktsioneerimisse. Põhjalike katsete tegemise lõppeesmärk oli saavutada ülevaatlikum ja selgitavam arusaam sellest, kuidas multifosforüülimisvõrgustikud kontrollivad rakutsükli sündmusi.

Tulemus

Mitu projekti töörühma avastust muutsid aluspõhimõtteid, kuidas me saame aru rakutsükli regulatsioonist, ja andsid tsükliinisõltuva kinaasi (CDK) funktsioneerimise kvantitatiivsele mudelile mehhanistliku selgituse. CDK substraadispetsiifilisuse ja multifosforüülimise mehhanismid selgitasid, kuidas on erinevad CDK lülitid kodeeritud CDK sihtmärkvalkudesse. Fosforüülimismustrid toimivad ribakoodina, mis määravad iga sihtmärgi fosforüülimise konkreetsele ajahetkele rakutsükli progresseerumise ajal. Fosforüülimissaite määravate mustrite ja tsükliinide seondumiskohtade reeglid koos CDK märklaudade avastatud järjestustega on avanud täiesti uue ja seni teadmata keerukusastme rakutsükli regulatsioonis. See on viinud rakutsükli sündmuste CDK-sõltuva järjestamise ühtse mudelini, milles kvantitatiivne mudel, multifosforüülimise koodid ja tsükliini substraadispetsiifilisus koordineerivad rakutsükli sündmuste toimumise järge.

Mõju

Rakutsükkel on eluks vajalik põhimehhanism: kõik elusolendid saavad alguse ühest rakust ja iga organismi areng algab ühe rakuga. Rakutsükkel on keeruline protsess, milles on vaja süsteeme ja mehhanisme, mis kindlustavad rakust veatu koopia kokkupaneku. Rakutsükli regulatsioonis osalevate mehhanismide uurimine on tähtis ja seda eelkõige vähi mõistmiseks, mille korral on rakutsükli kontrollimehhanismid defektsed, põhjustades rakkude kontrollimatut paljunemist. Samuti peame tundma rakutsükli mehhanisme tööstusbiotehnoloogia kontekstis, näiteks bioreaktorites mikrobioloogilise biomassi kasvu ja tootlikkuse optimeerimiseks.