Учёные раскрыли геометрический механизм точного распознавания тРНК

Исследование показывает, как фермент аланил-тРНК-синтетаза с высокой точностью выбирает правильную транспортную РНК (тРНК) для аминокислоты аланина, предотвращая ошибки в синтезе белка.

Ключевой процесс трансляции генетического кода в белки зависит от точного связывания тРНК с соответствующими аминокислотами при помощи ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз. Ошибки могут приводить к образованию дефектных белков.

Учёные из RIKEN, Университета Токио и других институтов, под руководством Сигэюки Йокоямы, обнаружили неожиданный механизм, который использует аланил-тРНК-синтетаза для правильного распознавания своей тРНК. Работа опубликована в журнале Nature.

Геометрический ключ к точности

С помощью кристаллографических исследований комплексов фермента с тРНК у микроорганизмов было установлено:

• Фермент идентифицирует правильную тРНК благодаря геометрической особенности — особой конфигурации специфической пары оснований в молекуле тРНК.
• Эта пара оснований (урацил-гуанин) находится в «шаткой» (wobble) конфигурации, что позволяет тРНК для аланина войти в контакт с активным центром фермента.

Экспериментальное подтверждение

Исследователи сравнили комплекс фермента с дикой тРНК (пара оснований U–G) и с вариантом тРНК, где гуанин был заменён на аденин (G→A).

• Мутантная тРНК (с парой U–A) связывалась с ферментом, но удерживалась в «нереакционноспособном состоянии», отделённо от активного центра.
• Общая скорость ферментативной реакции с дикой тРНК оказалась в 100 раз выше.

Ключевым фактором является конформационное изменение в молекуле тРНК, вызванное различием всего в одной паре оснований. Эта небольшая структурная особенность используется ферментом для обеспечения высокой точности распознавания.

Значение открытия

По словам Сигэюки Йокоямы, это открытие даёт новое понимание того, как живым системам удаётся с такой точностью транслировать генетический код, используя даже малые структурные изменения в фундаментально стохастических процессах. Результаты важны для эволюции генетического кода, поскольку распознавание акцепторного стебля тРНК критично для концепции «второго генетического кода». Возможно, обнаружен ранее неизвестный механизм узнавания тРНК, унаследованный от далёкого предка.