Учёные обнаружили клеточный механизм, продлевающий жизнь белков в растениях

Растения фиксированы в одном месте и должны адаптироваться к окружающей среде, включая неблагоприятные условия. Адаптивные реакции включают синтез новых белков и расщепление тех, которые больше не нужны. На эти задачи растения тратят значительное количество энергии, поэтому регуляция оборота белков в растительной клетке должна быть очень точной. Исследователи из Центра изучения организмов Гейдельбергского университета под руководством д-ра Маркуса Вирца и проф. д-ра Рюдигера Хелла обнаружили клеточный механизм, который стабилизирует белки, предотвращая их разрушение.

Механизм N-терминальной ацетиляции

Растения содержат множество белков, необходимых для адаптации к условиям среды, таким как засуха. Поскольку их производство требует много энергии (около половины энергетических потребностей), растения должны точно регулировать оборот белков. Чтобы понять, как это происходит, исследователи из Гейдельберга совместно с коллегами из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде и Университета Сапиенца в Риме изучили резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana).

Учёные установили, что растения метят белки во время их синтеза, присоединяя остаток уксусной кислоты к началу белковой цепи (N-концу). Этот процесс, известный как N-терминальная ацетиляция, затрагивает более 80% всех растительных белков. Исследователи доказали, что ацетиляция защищает большинство белков от разрушения протеасомой — молекулярным "шредером", который расщепляет повреждённые или ненужные белки на строительные блоки для повторного использования.

Результаты экспериментов с генетически модифицированными растениями

В генетически модифицированных растениях со сниженной скоростью ацетилирования белков команда д-ра Вирца зафиксировала значительно возросшую активность протеасомы, сопровождавшуюся ускоренной деградацией белков. Однако, к удивлению исследователей, общее количество белков в клетках растений осталось неизменным. Маркус Вирц поясняет: «Растения компенсируют потерю неацетилированных белков, синтезируя новые, вероятно, чтобы динамически адаптировать белковый состав в ответ на внешние стимулы».

Значение открытия и перспективы

Полученные данные могут быть применимы и к человеческим клеткам, которые имеют очень похожий механизм для химической модификации и ацетилирования многочисленных белков. Проф. Хелл отмечает: «Ацетилирование, по-видимому, является древним механизмом, возникшим несколько миллиардов лет назад у самых ранних предков всех эукариотических организмов — организмов, имеющих истинное ядро и высокую степень внутриклеточной компартментализации».

Фундаментальные исследования по ацетилированию белков в Гейдельберге финансируются Немецким исследовательским фондом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.