Exploring N-terminal acetyltransferases with functional genomics

Proteiner er arbeidshestene i cellene våre og kommer i mange forskjellige former og fasonger. Felles for dem alle er at de over tid utsettes for en rekke ulike kjemiske reaksjoner. En av de mest vanlige reaksjonene er påkobling av en liten kjemisk gruppe kalt acetyl til starten av proteinet. Prosessen kalles for N-terminal acetylering og utføres av en gruppe enzymer kalt N-terminal acetyltransferaser (NATer). Det er fremdeles knyttet stor usikkerhet til hvordan disse små kjemiske merkelappene påvirker cellene våre. Vi vet at acetylgruppen kan spille en viktig rolle i å kontrollere proteinenes oppførsel, for eksempel ved å slå proteiner på, fortelle proteiner hvor de skal bevege seg inne i cellen, eller bestemme om proteiner skal brytes ned. Feil eller manglende N-terminal acetylering kan føre til fysisk eller intellektuell funksjonsnedsettelse og i verste fall tidlig barnedød. Det er videre rapportert mistanker om at NAT-enzymene kan ha en rolle i kreftutviklingen. Til tross for at det i mange år har vært kjent at N-terminal acetylering påvirker menneskelig utvikling og helse, vet man svært lite om den biologiske funksjonen til denne livsviktige proteinmodifiseringen. Hovedformålet med NatFUGE prosjektet var å systematisk undersøke NAT-enzymene for å avsløre molekylære mekanismer hvor N-terminal acetylering spiller en viktig rolle for cellene våre. Til dette formålet innledet jeg samarbeid med et verdensledende forskningsmiljø innen funksjonell genomikk ved Donnelly Center for Cellular and Biomolecular Research i Toronto, Canada. For å identifisere gener som er essensielle for celleoverlevelse i fraværet av NAT-gen brukte jeg CRISPR/Cas9 gensakser for å systematisk inaktivere hver enkelt gen i normale celler eller celler som ikke uttrykket et bestemt NAT-enzym. Genetiske interaksjoner oppstår når kombinasjonen av mutasjoner i to eller flere gener gir en uventet fenotype. Gener som tilhører en lignende biologisk prosess har en tendens til å dele genetiske interaksjoner. Ved å lage et NAT-spesifikt genetisk interaksjonsnettverk vil vi få en bedre forståelse for hvilke N-terminale acetyleringsreaksjoner som er funksjonelt viktige og hvordan denne utbredte proteinmodifiseringen påvirker forskjellige biologiske prosesser. Gjennom dette arbeidet har jeg identifisert flere gen som ser ut til å være regulert av N-terminal acetylering. Videre forskningsarbeid fokuserer på å karakterisere NAT-relaterte fenotyper som samsvarer med de signalveiene som ble fremsatt gjennom de genetiske undersøkelsene. Forhåpentligvis vil NatFUGE prosjektet kaste nytt lys over hvilke cellulære prosesser som reguleres N-terminal acetylering.

De siste årene har det vært økt fokus på sammenhengen mellom N-terminal acetylering og sykdom. NatFUGE var et grunnforskningsprosjekt som tok sikte på å skaffe til veie ny kunnskap om denne livsviktige protein modifiseringen, ved å bruke nyskapende funksjonell genomforskning som metode. Ved å identifisere genetiske interaksjoner av ikke-essensielle NAT-gener, er vi nå et skritt nærmere kartleggingen av et globalt genetisk interaksjonsnettverk for N-terminal acetyltransferaser. Denne banebrytende studien vil danne grunnlaget for fremtidige forskning på en svært viktig, men ofte oversett, molekylær bidragsyter til menneskelig utvikling og helse. NatFUGE studien vil sannsynligvis være relevant innenfor biomedisinsk forskning, inkludert forståelsen av hvordan cellene regulerer et sunt og balansert proteom, og kan derfor ha klinisk betydning.

N-terminal acetylation is a ubiquitous protein modification among eukaryotes, whose function remains enigmatic. The project "Exploring N-terminal acetyltransferases with functional genomics" will for the first time systematically investigate genetic interactions of genes encoding N-terminal acetyltransferases in yeast as well as human CRISPR based knockout models. The project brings together international multidisciplinary expertise on N-terminal acetylation and functional genomics, and has a huge potential to expand the biological understanding of this highly abundant and important protein modification.