Разгадан механизм предотвращения преждевременного высвобождения белка в клетке

Учёные из Университета Иллинойса в Чикаго раскрыли детальный химический механизм завершающего этапа синтеза белка — его высвобождения из рибосомы. Исследование, опубликованное в Science, отвечает на давний вопрос: почему готовая белковая цепь не отсоединяется случайно под действием молекулы воды.

Фундаментальный процесс

Синтез белка — центральный процесс в биологии. Рибосома, подобно «клеточному 3D-принтеру», считывает инструкции с матричной РНК (mRNA) и собирает белок из аминокислот. Остановка синтеза происходит при встрече со стоп-кодоном в mRNA, после чего в рибосому входит фактор терминации (release factor), запускающий высвобождение готового белка с транспортной РНК (tRNA) путём гидролиза — реакции с молекулой воды.

«Сбой этого процесса может привести к серьёзным последствиям, например, к производству дефектных белков», — отметил старший автор работы Юрий Поликанов. Мутации в стоп-кодонах связаны с такими заболеваниями, как кистозный фиброз и мышечная дистрофия Дюшенна.

Новый механизм

Долгое время оставалось загадкой, почему гидролиз не происходит спонтанно, если для него нужна лишь вода. Предполагалось, что фактор терминации «приносит» с собой молекулу воды для разрыва связи.

Чтобы зафиксировать процесс, команда использовала ранее разработанную методику: они создали негидролизуемую молекулу-имитатор связи между белком и tRNA. С помощью рентгеноструктурного анализа (X-ray crystallography) учёные получили детальные «снимки» реакции с почти атомарным разрешением.

Оказалось, что в нужном месте нет молекул воды. Вместо этого фактор терминации вызывает изменение формы tRNA, что высвобождает её скрытый химический потенциал. Небольшая часть самой tRNA достигает и разрывает связь, освобождая готовый белок.

«Фактор терминации не приносит ингредиенты, а перестраивает существующие части системы, чтобы она завершила работу сама», — пояснил Поликанов.

Универсальность и значение

Этот механизм высвобождения белка, по-видимому, универсален для всех форм жизни — от бактерий до человека. Он обеспечивает точность синтеза: белки не высвобождаются преждевременно, а их длина строго соответствует инструкциям генов.

Исследование меняет устоявшееся представление, описанное в учебниках, и демонстрирует изящную точность клеточных механизмов.