Клетки защищаются от вирусов и бактерий с помощью "брони" из белковых ошибок

Учёные обнаружили, что при столкновении с вторгающимся вирусом или бактерией, а также под воздействием раздражающих химических веществ, клетки защищаются, отклоняясь от своей ДНК-инструкции. Они встраивают неправильную аминокислоту в новые белки, чтобы защитить их от повреждения.

Эти "регулируемые ошибки" представляют собой новый негенетический механизм, позволяющий клеткам в условиях стресса быстро делать важные белки более устойчивыми к атаке. Об этом заявил Тао Пан, профессор биохимии и молекулярной биологии Чикагского университета. Результаты исследования, проведённого командой из 18 учёных под руководством Пана и Джонатана Йоддела, опубликованы в журнале Nature.

Как это работает?

• Белки строятся в процессе трансляции, где клеточные элементы используют генетический код для сборки аминокислот в правильной последовательности.
• Транспортные РНК (тРНК) считывают код матричной РНК и доставляют нужные аминокислоты к рибосоме.
• Каждая тРНК должна быть связана только с одной из 20 аминокислот, что предотвращает ошибки. В лабораторных условиях наблюдалась крайне низкая частота ошибок — примерно 1 на 10 000 аминокислот.

Неожиданное открытие

Разработав новую методику измерения ошибок тРНК (мисацилирования) в живых клетках, авторы с удивлением обнаружили гораздо более высокий уровень ошибок для аминокислоты метионина — до 1 на 100. В условиях стресса (вирус, бактерия, перекись водорода) этот показатель возрастал ещё больше: до 10% метионинов, встраиваемых в новые белки, отличались от предписанного геном. Это в 1000 раз больше, чем предполагалось ранее.

Защитная роль метионина

• Метионин — одна из двух аминокислот, содержащих атомы серы, что позволяет ей нейтрализовать опасные реактивные формы кислорода (АФК), образующиеся в инфицированной или стрессированной клетке.
• Метионин может окисляться и восстанавливаться без необратимого повреждения, выступая в роли "громоотвода" для защиты активных центров белков.
• В норме клетки размещают метионины рядом с важными участками белка. При стрессе количество таких "ошибочных" метионинов увеличивается в десять раз, делая новые белки ещё более устойчивыми.

Почему это не закодировано в ДНК?

Ключевой вопрос: почему дополнительные защитные метионины не кодируются в ДНК изначально? Пан предполагает, что случайное размещение аминокислот делает белки ещё более устойчивыми, поскольку никакие две молекулы не создаются одинаковыми.

"Таким образом клетки всегда могут обеспечить, чтобы подмножество этих белков было менее чувствительно к дополнительным ударам. Думаю, это самая важная часть — сделать каждую молекулу белка разной, а это невозможно сделать генетически", — пояснил Тао Пан.

Источник: Медицинский центр Чикагского университета