Следы синтеза белка: как клетки точно производят белки

Чтобы отследить, какие белки производятся и когда, достаточно следовать за "следами" рибосом — молекулярных машин, синтезирующих белки. Исследователи из MIT изучали, насколько точно эукариотические клетки (дрожжи, рыбы, мыши, люди) регулируют производство белков: создают ли они строго необходимое количество или полагаются на деградацию излишков.

Пропорциональный синтез у эукариот

Используя модифицированный метод рибосомного профилирования, учёные количественно оценили скорость синтеза белков у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Они исключили из анализа неоднозначные фрагменты mRNA, которые невозможно однозначно сопоставить с определённым геном, и учитывали только уникальные "следы" рибосом. Это позволило получить более точные данные.

Анализ примерно 500 белков, входящих в состав около 100 белковых комплексов, показал, что дрожжи производят субъединицы комплексов в точном соотношении, необходимом для их сборки — ни больше, ни меньше. Это пропорциональный синтез, ранее обнаруженный у бактерий E. coli.

Нарушение баланса и эволюционное сохранение

Когда исследователи искусственно создали у дрожжей анеуплоидию (удвоили одну из хромосом), клетки не запустили механизм обратной связи для снижения производства избыточных белков на уровне транскрипции или трансляции. Это отличается от стратегии некоторых бактерий, которые используют негативные петли обратной связи.

Анализ данных из открытых баз для трёх высококонсервативных белковых комплексов у рыбок данио, мышей и человека также выявил пропорциональный синтез. Исключением стал лишь период эмбрионального развития данио, что указывает на возможную зависимость точности синтеза от возраста, доступности питательных веществ и стресса.

Значение открытия

"Мы склонны думать об экспрессии генов как о производственной линии... Но на самом деле неясно, все ли организмы работают по одним принципам производства белка", — говорит старший автор работы Gene-Wei Li.

Исследование показывает, что, несмотря на фундаментальные различия, и бактерии, и эукариоты эволюционировали под давлением необходимости эффективного и точного производства белков.

"Требования к эффективному производству белков консервативны от бактерий до человека, что говорит о фундаментальном аспекте клеточной биологии", — отмечает Eduardo Torres из Университета Массачусетса, не участвовавший в работе.

Следующий шаг — понять молекулярные механизмы, лежащие в основе этого сбалансированного синтеза.

Исследование опубликовано в журнале Cell Systems 12 декабря.