Ученые пересмотрели десятилетиями устоявшуюся модель движения белков в клетках

Правильная работа организма зависит от того, что длинные цепочки вновь синтезированных белков сворачиваются в нужные структуры и доставляются в нужное место клетки в нужное время. Многие заболевания, включая рак и нейродегенеративные болезни, возникают из-за сбоев в этом процессе.

Понимание его механизмов важно для разработки эффективных лекарств. Ученые из Стэнфорда получили новое представление об одном из фундаментальных механизмов доставки белков, что может привести к пересмотру учебников.

Путь белка начинается, когда матричная РНК (mRNA) доставляет инструкции к рибосоме — внутриклеточной "фабрике" белков. Рибосома, следуя рецепту с mRNA, производит конкретный белок. Далее начинается ключевой этап.

Исследования начала 1970-х показали, что у начала многих новых белков есть сигнал, заставляющий рибосому направлять продукт в другую структуру — эндоплазматический ретикулум (ЭР). Это открытие было удостоено Нобелевской премии по медицине в 1999 году. Согласно модели, "сигнал-распознающая частица" (SRP) связывается с этим сигналом белка, чтобы направить его к ЭР, и при этом временно останавливает синтез белка. Производство возобновляется, когда рибосома достигает ЭР, а SRP освобождается.

"Наши данные подтвердили роль SRP, но эксперименты не поддержали эту модель", — сказала профессор биологии и генетики Стэнфорда Джудит Фрайдман. "Мы обнаружили, что SRP работает через совершенно другой и неожиданный механизм".

Используя современные методы, позволившие наблюдать процесс с более высоким разрешением, Фрайдман и коллеги выяснили, что mRNA содержит немного информации, которую SRP распознает до начала синтеза белка. SRP фактически ожидает у выхода из рибосомы еще до появления белка.

"Это почти предвидение; она уже знает заранее и сразу занимает позицию", — пояснила Фрайдман.

Исследователи также обнаружили, что SRP не останавливает синтез белка, как считалось ранее.

Это двойное открытие важно, поскольку от того, как и когда белки достигают клеточных мембран, зависят критически важные процессы.

"Клеткам необходимо точно секретировать белки. Если конкретный белок останется в цитоплазме, он может агрегировать, что приведет к потере здоровой функции или случайному обретению вредной функции", — отметила Фрайдман. Такие изменения типичны для ряда заболеваний, таких как муковисцидоз, рак и болезнь Альцгеймера.

"Многие фармацевтически важные белки производятся, нацеливая их на этот секреторный путь. Но их дизайн опирался на классическую модель. Лучшее понимание процесса может улучшить разработку новых лекарств".

Исследование под названием "Cotranslational signal-independent SRP preloading during membrane targeting" опубликовано в журнале Nature. Соавторами Фрайдман выступили Джастин Чартрон и Кэтрин Хант из Стэнфордского отделения биологии.