Больше, лучше, быстрее: 3D-структура раскрывает «швейцарский нож» белка

Исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге (Германия) и Центра биологических исследований в Мадриде (Испания) обнаружили, что молекулярная машина, создающая важнейшие компоненты рибосом — клеточных «фабрик» белков, — похожа на швейцарский нож. Впервые определив трёхмерную структуру этой машины, называемой РНК-полимераза I, учёные выяснили, что она содержит встроенные модули, избавляющие её от необходимости привлекать внешние вспомогательные белки. Результаты, опубликованные в журнале Nature, помогают объяснить, почему этот белок работает быстрее своего более изученного аналога — РНК-полимеразы II.

«Вместо того чтобы привлекать определённые компоненты извне, РНК-полимераза I уже имеет их в своей структуре. Это объясняет, почему она больше, менее регулируема, но при этом более эффективна», — говорит руководитель исследования Кристоф Мюллер из EMBL. «Поскольку всё уже собрано, нет временной задержки», — добавляет Мария Морено-Морсильо, проводившая работу.

Существует три типа РНК-полимераз, каждый из которых производит определённые типы молекул РНК. Например, РНК-полимераза II создаёт матричную РНК (мРНК), которая переносит информацию с ДНК к рибосоме для синтеза белка. РНК-полимеразы I и III производят части самой машины для чтения мРНК: I строит рибосомальную РНК (рРНК), а III — транспортную РНК (тРНК), доставляющую «кирпичики» белков к рибосоме.

Хотя структура и работа РНК-полимеразы II были известны более десяти лет, получить детальную информацию о её аналогах было крайне сложно. Определив структуру РНК-полимеразы I, Мюллер и коллеги нашли объяснения её особенностям.

Часть сложности в изучении РНК-полимеразы I заключается в том, что она крупнее полимеразы II. Её 3D-структура показала, что некоторые «дополнительные» модули в полимеразе I удивительно похожи на отдельные белки-помощники, необходимые полимеразе II. Похоже, полимераза I «взяла» эти вспомогательные модули на постоянную основу. В другой части молекулы учёные обнаружили, что полимераза I объединила два отдельных модуля полимеразы II в один многофункциональный компонент.

Вместе эти особенности, вероятно, объясняют, почему РНК-полимераза I производит молекулы РНК с большей скоростью, чем полимераза II.

Результаты также означают, что у клетки меньше способов контролировать активность полимеразы I, поскольку она не может влиять на доступность белков-помощников, как в случае с полимеразой II. Но и здесь стратегия «швейцарского ножа» полимеразы I предлагает решение. Структура показала, что у этой молекулярной машины есть встроенный механизм регуляции: она может предотвратить своё связывание с ДНК, изгибая петлю в своей структуре, чтобы заблокировать место для стыковки ДНК.