Учёные обнаружили бактериальный белок, который распознаёт и «спасает» застрявшие рибосомы

Рибосома — молекулярная машина, присутствующая в клетках всех организмов, — отвечает за синтез новых белков. Она считывает информацию о конкретном белке с молекулы-матрицы (мРНК) и преобразует её в новую белковую цепь. Этот процесс может нарушаться по разным причинам, что приводит к остановке («застреванию») рибосомы на мРНК и прекращению синтеза белка. Международная исследовательская группа под руководством учёных из Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) идентифицировала бактериальный белок MutS2, который распознаёт и «спасает» такие застрявшие белковые фабрики. Ключевую роль в этом процессе играет столкновение следующей по цепи мРНК рибосомы с остановившейся.

Информация о строении белков хранится в ДНК в ядре клетки, где она транскрибируется в мРНК. Неся генетическую информацию для конкретного белка, мРНК покидает ядро и транспортируется к рибосомам, где её информация преобразуется в белки. «Иногда рибосомы могут «застревать» при считывании информации, например, из-за дефектной молекулы мРНК. Это особенно проблематично, поскольку незавершённые белки потенциально токсичны для клетки», — объясняет молекулярный биолог ZMBH и руководитель группы профессор Клаудио Жоазейро. «Поэтому клетки выработали механизмы, которые обнаруживают остановившиеся рибосомы и помечают неполные белки для уничтожения ещё в месте их рождения — на рибосоме».

Используя высокоразрешающую криоэлектронную микроскопию, исследователи расшифровали ключевой этап этого процесса на примере обычной почвенной бактерии Bacillus subtilis. Они смогли точно охарактеризовать, как белок MutS2, обнаруженный почти у трети всех видов бактерий, распознаёт остановившиеся рибосомы. MutS2 обнаруживает столкновение застрявшей рибосомы со следующей на мРНК — процесс, который руководитель младшей исследовательской группы ZMBH доктор Стефан Пфеффер сравнивает с «дорожно-транспортным происшествием», привлекающим внимание полиции.

Для спасения рибосом, застрявших на мРНК, MutS2 использует две независимые стратегии. «С одной стороны, MutS2 разрезает молекулу мРНК, что приводит к её деградации. С другой — MutS2 разделяет рибосому на две субъединицы, чтобы её можно было использовать повторно в последующих циклах синтеза белка. Одновременно так называемый рибосом-ассоциированный контроль качества помечает незавершённый белок для уничтожения», — объясняет доктор Пфеффер. Профессор Жоазейро подчёркивает, что этот механизм контроля качества консервативен — от бактерий до человека. «Таким образом, мы ожидаем, что понимание этого фундаментального процесса у бактерий прольёт свет на механизмы заболеваний у млекопитающих, где неспособность деградировать незавершённые белки связана с нейродегенерацией и нервно-мышечными заболеваниями», — добавляет исследователь.

В исследовании, помимо учёных из ZMBH, также участвовали специалисты из Кёльнского университета и Научно-исследовательского института Скриппса во Флориде (США). Результаты работы опубликованы в журнале Nature.