Как формируется одна из самых фундаментальных молекул природы
Жизнь зависит от рибосом. Каждой клетке на Земле нужны рибосомы, чтобы переводить генетическую информацию во все необходимые организму белки — и, в свою очередь, создавать больше рибосом. Но у учёных до сих пор нет чёткого понимания, как собираются эти необходимые наномашины.
Новые высокодетальные изображения большой субъединицы рибосомы проливают свет на то, как, возможно, самая фундаментальная молекула природы формируется в человеческих клетках. Результаты, опубликованные в Science, приближают нас к полной картине сборки рибосом.
«Теперь у нас есть довольно хорошее представление о том, как большая субъединица рибосомы собирается у людей», — говорит Себастьян Клинг из Рокфеллеровского университета.
Изучение большой субъединицы
Рибосомы были впервые обнаружены в Рокфеллеровском университете почти 70 лет назад. Учёные определили, что они состоят из двух субъединиц: малой (40S), отвечающей за декодирование матричной РНК, и большой (60S), которая соединяет белковые фрагменты. Однако точные этапы сборки этих сложных молекул долго оставались загадкой.
Лаборатория Клинг одной из первых использовала крио-электронную микроскопию для съёмки сборки немактериальной рибосомы. В последние годы Клинг и другие учёные идентифицировали и охарактеризовали более 200 факторов сборки рибосом, влияющих на модификацию, процессинг и сворачивание рибосом.
В текущем исследовании команда сосредоточилась на большой рибосомной субъединице человека (60S). Из исследований на дрожжах было известно, что её формирование включает соединение двух предшественников (5S рРНК и 32S пре-рРНК).
«Мы хотели знать все события, которые должны произойти для этого», — говорит Арно Ванден Брок, постдок в лаборатории Клинг.
Ванден Брок и Клинг объединили новые методы, включающие комбинацию геномного редактирования и биохимии, чтобы получить высокодетальные крио-ЭМ структуры 24 промежуточных продуктов сборки большой рибосомной субъединицы человека в процессе созревания. Полученные изображения показывают, как факторы сборки, различные белки и ферменты взаимодействуют с элементами РНК, управляя формированием и созреванием 60S. Вместе эти данные представляют почти полную картину сборки большой субъединицы у человека.
«Шестьдесят лет у нас почти не было данных о промежуточных формах человеческой 60S — они были практически невидимы для нас — а теперь мы перескочили от ничего к довольно хорошему охвату», — говорит Ванден Брок, отмечая, что некоторые самые редкие и кратковременные этапы могли ускользнуть от команды.
Ключевые выводы исследования уже могут информировать смежные области. Среди обнаруженных промежуточных этапов есть сигнальные пути, предполагающие связь между сборкой рибосом и клеточным метаболизмом. Детальный взгляд на этапы формирования рибосом может предоставить важный контекст для учёных, изучающих болезни, связанные с мутациями рибосом.
«Это уже не догадки», — говорит Клинг. «Теперь мы можем видеть в деталях, что происходит при сборке большой субъединицы. Потрясающе осознавать, что мы наконец можем увидеть, что создаёт рибосомы и управляет образованием белка во всех наших собственных клетках».