Обнаружен механизм "защёлкивания" в бактериальном рибопереключателе
Учёные из Университета Райса и Мичиганского университета расшифровали механизм работы распространённого бактериального переключателя, который останавливает производство белка до его начала. Это открытие указывает на потенциал для создания новых антибиотиков.
Многие грамположительные бактерии используют T-box рибопереключатели для регуляции производства белков, использующих аминокислоты. Исследование в Nature Communications описывает, как один из таких переключателей — регулятор глицина в Bacillus subtilis — переходит и фиксируется в положении «включено» с помощью механизма «защёлкивания». Это увеличивает производство белков, использующих глицин. Также детально описано положение «выключено»: единственная молекула глицина на кончике запирающей «руки» блокирует производство белка.
«T-box рибопереключатели интересны тем, что они регулируются молекулами, центральными для производства белка. Подчеркивая их структурные и кинетические детали, мы надеемся стимулировать интерес к этим переключателям как к потенциальным мишеням для новых антибиотиков», — сказал соавтор Эдвард Никонович.
Новые антибиотики могут помочь предотвратить надвигающийся кризис. По оценкам CDC, устойчивые к антибиотикам бактерии убьют в этом году не менее 23 000 человек в США. По прогнозам ВОЗ, к 2050 году лекарственно-устойчивые патогены будут убивать 10 миллионов человек в год по всему миру.
T-box рибопереключатели жизненно важны для многих грамположительных бактерий, включая возбудителей туберкулёза, гангрены, ботулизма, сибирской язвы и других болезней.
Эти переключатели расположены на цепях матричной РНК (mRNA). У бактерий «транскрипция» mRNA и «трансляция» (декодирование mRNA рибосомами) происходят в непосредственной близости, так как у них нет ядра.
«Рибопереключатели распространены у многих бактерий, но не у людей, что делает их столь привлекательными мишенями для новых лекарств. T-box рибопереключатели регулируют транскрипцию, но используют запирающую "руку" от аппарата трансляции, что делает их уникальными "мастерами на все руки"», — пояснил соавтор Нильс Вальтер.
Запирающая «рука» в глициновом T-box рибопереключателе является частью другой молекулы — транспортной РНК (tRNA), которая доставляет аминокислоты к рибосоме.
В эксперименте команды Вальтера и Никоновича молекулы tRNA, специфичные к глицину (загруженные и незагруженные), случайным образом присоединялись к T-box рибопереключателю. Лаборатория Вальтера использовала технику «флуоресцентной микроскопии одиночных молекул», чтобы отслеживать динамику связывания. Каждое присоединение меченой флуоресцентным маркером tRNA давало яркий сигнал. Измеряя его длительность, учёные смогли восстановить скорость связывания и механизм блокировки переключателя.
Проект по глициновому T-box рибопереключателю стартовал около 2,5 лет назад. Глицин был выбран как простейший случай. Теперь исследователи планируют изучить другие типы T-box переключателей.
Результаты также могут найти применение в области РНК-нанотехнологий, где РНК-шаблоны используются для прецизионного инжиниринга сложных структур.
«В активном, заблокированном положении комплекс T-box–tRNA имеет очень стабильную трёхмерную форму. Возможно, их можно использовать для создания сверхустойчивых кольцевидных комплексов в новых биомиметических архитектурах», — отметил Вальтер.