Клетки имеют два шанса исправить ошибки в производстве белков
Новое исследование показало, что клетки имеют два шанса исправить одну и ту же ошибку в процессе синтеза белка, а не один, как считалось ранее.
Белки критически важны для жизни, и избегание ошибок при их производстве — ключевой способ предотвратить множество вредных состояний, возникающих из-за мутаций или гибели клеток.
Лучшее понимание механизма этих ошибок может повысить осведомленность о различных болезненных процессах, особенно при нейродегенеративных расстройствах, которые, как подозревают учёные, могут быть связаны с мутировавшими белками.
Открытие второго шага контроля качества также даёт фармацевтам новую мишень для разработки лекарств, особенно антибиотиков. Препараты, нацеленные на ферменты, которые создают, находят и исправляют ошибки, могут быть мощным средством для остановки роста бактериальных клеток.
Двойная проверка фермента PheRS
Ключевой фермент контроля качества — фенилаланил-тРНК-синтетаза (PheRS). Его задача — правильно выбрать аминокислоту, которая будет включена в строящуюся белковую цепь.
«Мы описываем довольно простой процесс, когда клетка говорит: "Думаю, я взгляну на это ещё раз"», — говорит Майкл Ибба, старший автор исследования. — «Она проверяет строительные блоки, прежде чем сделать белок».
Ранее считалось, что существует только один шаг проверки («proofreading»), после которого ошибка становится необратимой. Однако оказалось, что есть второй шаг, на котором клетка проводит дополнительную проверку.
Механизм исправления
Исследователи из Университета штата Огайо, работая с клетками E. coli, обнаружили, что один и тот же фермент PheRS, который может допустить ошибку, также способен её исправить. Он может удалить неправильную аминокислоту и присоединить правильную, даже после того, как начальный этап контроля пропустил ошибку и процесс синтеза белка продолжился.
«Фермент — это два катализатора: один может сделать ошибку, а другой — исправить её. Он может отпустить ошибку и снова схватить её. Ничто не говорит ему это делать. Он разбирается в этом сам», — пояснил Ибба.
Значение для медицины
- Антибиотики: Понимание этого механизма полезно для разработки антибиотиков, так как многие из них нацелены именно на процесс синтеза белка, чтобы остановить рост бактерий.
- Противогрибковые средства: Аналогичный процесс контроля качества с участием другого фермента уже является мишенью для противогрибкового агента, который в настоящее время тестируется на людях для лечения грибка ногтей.
Остающиеся вопросы
Даже с учётом этого второго шага редактирования многое остаётся неизвестным:
- Ферменты не действуют в одиночку — на их поведение влияет взаимодействие с другими ферментами клетки.
- До конца не ясно, что происходит, когда мутантные белки всё же проскальзывают через систему контроля качества.
- Частота ошибок при нейродегенеративных расстройствах пока неизвестна.
«Если мы больше узнаем о механизме, то, обнаружив мутации, мы получим гораздо больше шансов понять, каковы последствия этих мутаций», — заключил Ибба.
Исследование опубликовано 13 марта в журнале Molecular Cell.