Bekannte Knowns, bekannte Unbekannte, unbekannte Unbekannte und die Ausbreitung von Scientific Enquiry

Im Februar 2002 erklärte Donald Rumsfeld, der damalige US-Verteidigungsminister, bei einem Briefing des Verteidigungsministeriums: „Es gibt bekannte Knowns. Es gibt Dinge, die wir wissen, dass wir wissen. Es gibt bekannte unbekannte. Das heißt, es gibt Dinge, von denen wir jetzt wissen, dass wir sie nicht kennen. Aber es gibt auch unbekannte unbekannte. Es gibt Dinge, die wir nicht wissen, wir wissen es nicht.,“Infolgedessen war er fast überall versunken, da viele Leute die Aussage anfangs für Unsinn hielten. Eine sorgfältige Untersuchung der Aussage zeigt jedoch, dass es Sinn macht, tatsächlich existierte das Konzept des unbekannten Unbekannten lange bevor Donald Rumsfeld es einem neuen Publikum gab.

Viel wissenschaftliche Forschung basiert auf der Untersuchung bekannter Unbekannter. Mit anderen Worten, Wissenschaftler entwickeln eine zu testende Hypothese, und dann werden in einer idealen Situation Experimente am besten entwickelt, um die Nullhypothese zu testen., Zu Beginn weiß der Forscher nicht, ob die Ergebnisse die Nullhypothese stützen oder nicht. Es ist jedoch üblich, dass der Forscher glaubt, dass das Ergebnis, das erzielt wird, in einem Bereich bekannter Möglichkeiten liegt. Gelegentlich ist das Ergebnis jedoch völlig unerwartet—es war ein unbekanntes unbekanntes.

Es gibt viele bekannte Bekanntschaften von intrazellulären Protein-Targeting und, wie bei vielen Bereichen der Forschung, es scheint, dass die Anzahl der bekannten Unbekannten parallel zu erhöhen., Die wichtigsten Determinanten für das Targeting auf Mitochondrien wurden bestimmt, und es gibt mindestens vier Unterklassen von Mitochondrial-Targeting-Proteinen, die unterschiedliche Targeting-Signale enthalten, die durch verschiedene Mechanismen auf verschiedene Stellen innerhalb des Mitochondriums (äußere Membran, Zwischenmembranraum, innere Membran und Matrix) gerichtet sind (Bolender et al., 2008; Whelan und Glaser, 2007) (Abb. 1). Vor allem in Pflanzen ist jedoch noch viel unbekannt., Zum Beispiel gibt es jetzt eine Reihe bekannter Unbekannter, die sich aus einem bisher unbekannten Unbekannten ergeben: die Existenz von Proteinen, die sowohl auf Plastiden als auch auf Mitochondrien abzielen (Peeters und Small, 2001; Ma und Taylor, 2002; Whelan und Glaser, 2007). Wir wissen jetzt, dass doppeltes Targeting auf Plastiden und Mitochondrien als Folge mehrdeutiger Signalsequenzen auftritt, aber wir wissen nicht, wie diese Signale von beiden Organellen erkannt werden, wenn andere Proteine nur von einem erkannt werden (Whelan und Glaser, 2007).

Das Papier von Chatre et al. (2009) in dieser Ausgabe ist ein hervorragendes Beispiel für die Forschung unbekannte Unbekannte aufdecken. Typischerweise wurden Untersuchungen zur Mechanik des intrazellulären Protein-Targetings unter Verwendung der Proteinbiochemie durchgeführt, aber die Untersuchung von Chatre et al. (2009) ist nicht typisch., Wenn die Studie einfach mitochondriales Targeting unter Verwendung der In-vitro-Translation verschiedener Proteine mit veränderten Targeting-Signalen untersucht hätte, die durch Proteinelektrophorese und Immunoblotting nachgewiesen wurden, wären die Ergebnisse eine Kombination von „Ja, das Konstrukt zielt auf Mitochondrien ab“ und „Nein, das Konstrukt zielt nicht auf Mitochondrien ab“. Da jedoch ein zellbiologischer Ansatz verfolgt wurde, wurden so viel mehr Informationen gesammelt; Das ist die Kraft der Verwendung fluoreszierender Proteinfusionen in vivo.

Mittels eines Bioinformatik-Screens, Chatre et al., (2009) identifizierte kerncodierte Proteine, deren Ziel es war, basierend auf dem Vorhandensein einer Coiled-Coil-Domäne auf den sekretorischen Pfad abzuzielen. Eines der identifizierten und MITS1 benannten Proteine war jedoch auf Mitochondrien ausgerichtet, als eine Proteinfusion in voller Länge zum N-Terminus von YFP durchgeführt wurde (Abb. 2A). MITS1, ein mutmaßliches Aktin-bindendes Protein, wurde von verschiedenen bioinformatischen Werkzeugen auch korrekt vorhergesagt, dass es in Mitochondrien lokalisiert ist., Weitere Experimente zeigten, dass das vorhergesagte mitochondriale Targeting-Peptid (mTP), Typ 1-39, ausreichte, um YFP auf Mitochondrien abzuzielen (Abb. 2B). Wenn außerdem nur die ersten 11 Aminosäuren von MITS1 (MITS11–11) mit YFP verschmolzen wurden, war das Fusionsprotein zytosolisch, das gleiche Ergebnis trat unter Verwendung der ersten 31 Aminosäuren (MITS11–31) auf, was mit der Anforderung für eine positiv geladene Region in MTPs übereinstimmt; in MITS1 ist dies in Richtung des C-Terminus des mTP und geht eine hydrophobe Region voraus (Abb. 2A, B). So weit, so vorhersehbar., Die Forschung betrat jedoch die Welt der unbekannten Unbekannten, als das Team eine eingehende Untersuchung der Targeting-Determinanten der N-Terminal-Region startete. Als MITS112–39 mit YFP verschmolzen wurde, zielte das Targeting sowohl auf die ER als auch auf die Mitochondrien, was zeigte, dass die Rückstände 1-11, obwohl nicht ausreichend für das Targeting auf Mitochondrien, das Targeting auf die ER überwinden können. Dual targeting zu mitochondrien und die ER ist eine bekannte in säugetier zellen (Huang et al., 1999; Ma und Taylor, 2002) und tritt mittels N-terminaler Spleißvarianten auf. Es ist nicht bekannt, ob Wildtyp MITS1 Dual-Targeted ist., In jedem Fall besteht ein Hauptunterschied zwischen MITS1 und dem dual Targeted cAMP-abhängigen Proteinkinase-Verankerungsprotein D-AKAP1 bei Säugetieren darin, dass es sich um die kürzeren Formen von D-AKAP1 handelt, denen eine extreme N-terminale Region fehlt, die auf Mitochondrien abzielen (Huang et al., 1999).

Die Änderung des MITS1-Targetings, die sich aus Änderungen des N-terminalen mTP ergibt, ist interessant, aber ich denke, viel interessanter ist die Feststellung, dass ein einzelner distaler Tryptophanrest (W361) das Targeting beeinflusst. Es wird festgestellt, dass MITS1 in voller Länge, das mit YFP verschmolzen ist, ausschließlich auf Mitochondrien abzielt, aber eine einzelne W361A-Mutation (MITS1W361A) leitet das Protein zum ER und Golgi um (Abb. 2C). Die W361A-Mutation leitet auch MITS112–573 von der ER und den Mitochondrien zum Cytosol um (Abb. 2C). Zu den offensichtlichen Fragen, die sich stellen, gehören: Wie wirkt sich dieser Tryptophanrückstand auf das Targeting aus?, Wie führt diese eine Mutation zur Umverteilung eines mitochondrialen Zielproteins auf ER und Golgi? Führt die Mutation zu einer verstärkten Wechselwirkung des Proteins mit ER Signal Recognition Particles (SRPs)? Gibt es einen Wettbewerb um MITS1W361A zwischen den SRPs und den mitochondrialen Importmaschinen?, Wieder einmal zeigt uns die Entdeckung eines bisher unbekannten Unbekannten, wie wenig wir wissen, und führt zur Ausbreitung einer Familie bekannter Unbekannter, die dann durch traditionelle Hypothesenbildung und-prüfung in Angriff genommen werden kann, wobei gelegentlich ein anderes unbekanntes Unbekanntes geworfen wird, und so geht der Zyklus weiter.