Пересмотр центрального узла синтеза белка
Белки необходимы не только для создания сильных мышц, но и для формирования новых связей между нейронами в процессе обучения. Дефект в синтезе белка приводит к нарушениям в обучении, памяти и развитии мозга.
В организме человека около 20 000 белков, которые создаются, разрушаются и воссоздаются с разной скоростью в разных типах клеток в разное время. Белки синтезируются во всех живых клетках сложными молекулярными машинами — рибосомами. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1974 года была присуждена А. Клоду, К. Де Дюву и Дж. Паладе за открытие рибосомы.
Спустя три десятилетия интенсивных исследований В. Рамакришнан, Т. Стейц и А. Йонат получили Нобелевскую премию по химии 2009 года за определение детальной структуры этих машин, создающих белки. Долгое время считалось, что все рибосомы идентичны и производят определённые белки на основе получаемой генетической информации. Однако недавние исследования показали, что рибосомы не идентичны, и некоторые из них специализированы. Эти специализированные рибосомы определяют, какой белок и с какой скоростью они производят.
Исследование под руководством доктора Рави Маддашетти из InStem (Бангалор) выявило особые маркеры для различения рибосом, специализированных на производстве определённых наборов белков, и указало на то, что эта специализация может быть важна для развития нервной системы. Рибосома — это комплекс, состоящий из большого набора белков и РНК, несущих все необходимые инструменты для построения белков на основе генетического сообщения, что делает рибосому специализированным операционным центром, подобным сборочной линии на автомобильном заводе.
Подобно тому, как заводы спроектированы для производства различных продуктов из одного и того же исходного материала, рибосомы могут генерировать различные белки в зависимости от собственного состава белков и нуклеиновых кислот, что делает каждую рибосому уникальной по конструкции, хотя их функция остаётся той же. К этому феномену специализации добавляется тот факт, что как белковые, так и РНК-компоненты подвержены определённым модификациям в процессе биогенеза рибосомы. Учёные утверждают, что эти модификации могут представлять собой ещё один уровень сложности в регуляции синтеза белка. «Это означает, что определённые белки могут производиться специфическим набором рибосом в специфических компартментах клетки», — добавляет Мишель Д'Суза, первый автор статьи, опубликованной на этой неделе в iScience.
В ходе исследования команда также обнаружила, что эти модификации рибосомальной РНК изменяются в отсутствие белка под названием белок умственной отсталости ломкой X-хромосомы (FMRP). Этот белок в основном содержится в мозге и необходим для нормального когнитивного развития. Мутации в гене FMR1, кодирующем FMRP, приводят к синдрому ломкой X-хромосомы (FXS), который вызывает задержку развития нервной системы и умственную отсталость. Общая функция этого белка включает связывание матричной РНК (мРНК) и регуляцию её трансляции в белки, особенно в местах соединений (синапсах) нейронов. Однако в случаях отсутствия FMRP наблюдается дисрегуляция производства белка — фенотип, наблюдаемый при синдроме ломкой X-хромосомы. FMRP также может регулировать синтез белка за пределами синапса, и его роль в нормальных и патологических состояниях требует дальнейшего изучения.
Эта работа установила новую роль FMRP в модификации рибосомальной РНК и, следовательно, в регуляции рекрутирования специализированных рибосом к специфическим мРНК. В будущем команда планирует понять механизм, с помощью которого взаимодействие FMRP с рибосомами регулирует синтез белка и способствует проявлению симптомов синдрома ломкой X-хромосомы и других когнитивных дефицитов.