Уникальный взгляд на работу клеточных электростанций
С помощью современных методов микроскопии исследователи из Каролинского института и Стокгольмского университета (Швеция) визуализировали с беспрецедентной детализацией механизм, который клеточные электростанции — митохондрии — используют для сборки своих белков. Результаты, опубликованные в Nature, вселяют надежду на создание более специфичных антибиотиков и новых противораковых препаратов в будущем.
Митохондрии — это клеточные электростанции, преобразующие энергию пищи в функциональную «энергетическую валюту» для клеток. У них также есть собственные фабрики синтеза белка — рибосомы, которые отличаются по строению от рибосом в цитоплазме клетки. Однако до сих пор было мало известно о том, как образуются митохондриальные рибосомы.
«Мы надеялись получить один снимок сборки большой субъединицы миторибосомы, но наши данные раскрыли гораздо больше неожиданных сюрпризов», — говорит соавтор исследования Анас Хавая, постдок на кафедре медицинской биохимии и биофизики Каролинского института. «Эти наблюдения открывают возможности для изучения всей полноты взаимосвязи между сборкой миторибосомы и другими аспектами функции митохондрий».
Используя технику криогенной электронной микроскопии, исследователи смогли изобразить ключевые компоненты сложного механизма, производящего рибосомы. Одно из открытий — фактор связывания рибосомы A (RBFA) выступает в роли дирижера этого процесса. Рибосома состоит из двух половинок, похожих на булочку для гамбургера. Анализ показал, что белок mS37 подает сигнал о том, что эти две части можно соединить и они готовы начать синтез белка.
Клинический потенциал
Результаты — пример фундаментальных исследований клеточной биологии, но новые знания также могут привести к медицинским достижениям, таким как более целенаправленные антибиотики. Митохондрии похожи на бактерии, и антибиотики, которые сейчас атакуют способность бактерий образовывать белки, также влияют на наши митохондрии.
«В то время как механизмы трансляции у бактерий и в цитозоле изучаются десятилетиями, мы только сейчас начинаем раскрывать, как митохондрии производят белки», — говорит Джоанна Рорбах, главный исследователь и руководитель группы на кафедре медицинской биохимии и биофизики Каролинского института. «Понимание различий в том, как бактерии и митохондрии производят свои рибосомы, может позволить нам разрабатывать более эффективные и целенаправленные антибиотики».
Другим будущим направлением является онкология. В отличие от здоровых клеток, раковые клетки быстро растут и часто делятся, что требует образования большого количества новых белков.
«Один из возможных подходов — активно ингибировать митохондриальные рибосомы раковых клеток», — говорит Джоанна Рорбах.
Исследование проводилось под руководством Джоанны Рорбах совместно с Алексеем Амунтсом и его исследовательской группой на кафедре биохимии и биофизики Стокгольмского университета.