Резервный сайт рибосомы: как бактерии синтезируют белки из структурно заблокированных мРНК

Бактериальным рибосомам для инициации синтеза белка необходим одноцепочечный рибосом-связывающий сайт (RBS), тогда как стабильная структура РНК блокирует инициацию. Парадоксально, но структурированные мРНК тем не менее могут эффективно транслироваться. Исследователи из Уппсальского университета выяснили анатомию «резервного» сайта и его требования для преодоления проблем, создаваемых структурой РНК для трансляции.

Синтез белка у бактерий изучается десятилетиями. Рибосомам необходим доступ к одноцепочечному RBS для инициации трансляции. Однако некоторые мРНК со стабильно структурированными RBS-областями эффективно транслируются. Около 25 лет назад голландские исследователи предложили новый механизм для объяснения этого — «резервный сайт рибосомы»: рибосома связывается с доступной неструктурированной областью в другом месте, ждёт некоторое время, а затем перемещается к RBS, когда его структура временно открывается.

В этом новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные из Уппсальского университета раскрыли анатомию резервного сайта и сообщили о ключевой роли рибосомального белка S1 в этом процессе. S1 связывается с резервным сайтом, состоящим из двух элементов: одноцепочечной области и — неожиданно — короткой шпильки РНК. Связывание в резервном положении позволяет рибосоме пройти через нижележащую структуру РНК и получить доступ к заблокированному RBS.

«Мы посчитали, что пришло время выяснить, как именно выглядит резервный сайт и что нужно для его работы. Резервный сайт — это старая идея, которой до сих пор не хватало убедительных прямых доказательств», — говорит Седрик Ромилли, первый автор исследования.

В ходе многолетних исследований группы Вагнера они изучили короткую мРНК, кодирующую токсин TisB. Трансляция этого белка полностью зависит от резервного сайта, расположенного более чем в 100 нуклеотидах выше стабильной и недоступной структуры RBS. Используя сложные биохимические методы, такие как флуоресцентная анизотропия и УФ-сшивание/футпринтинг РНК, исследователям удалось «поймать» рибосому на резервном сайте. Эксперименты показывают, что именно белок S1 направляет рибосому к резервному сайту, тем самым, вероятно, способствуя раскрытию нижележащей структуры РНК для доступа к RBS TisB.

«Это действительно была работа на пределе возможностей, но здорово наконец понять анатомию настоящего резервного сайта», — говорит профессор Э. Герхарт Х. Вагнер, ведущий автор исследования.