Турбонаддув для клеточной машинерии

Исследователи из Университета Берна обнаружили новый молекулярный регуляторный механизм у одноклеточных паразитов, который ранее никогда не наблюдался. Фрагменты РНК действуют не как тормоза в клеточном аппарате, а наоборот, как «стимуляторы»: они ускоряют производство белка после периодов стресса.

Классическая молекулярно-биологическая схема проста: Ген → РНК → белок. ДНК транскрибируется в РНК. В белковых фабриках (рибосомах) РНК служит своего рода перфокартой — белки собираются машинерией точно по шаблону ДНК. Однако эта схема слишком упрощена, особенно в отношении роли РНК. Всё больше РНК обнаруживается без кода, то есть без инструкций по сборке белка. Сегодня считается, что у многих живых организмов большая часть РНК, производимой при транскрипции, является «некодирующей». У человека на некодирующую РНК приходится ошеломляющие 98% всей РНК.

Тормоз, но и ускоритель

Особый интерес для исследователей представляют трипаносомы — паразитические простейшие, вызывающие сонную болезнь. Эти микроорганизмы известны своим уникальным молекулярно-биологическим аппаратом. Недавно исследователи из Департамента химии и биохимии Университета Берна обнаружили особенно необычный механизм: молекула нкРНК, которая действует как своего рода стимулятор для рибосом и производится во время стресса.

Это открытие удивило учёных, потому что до сих пор была известна только противоположная функция некодирующей РНК — действовать как ингибитор клеточного аппарата. Во время стресса молекулы нкРНК прикрепляются к рибосомам, нажимая аварийную кнопку остановки белковой машинерии. Когда питательных веществ становится мало или условия окружающей среды становятся особенно сложными, вся сборочная линия останавливается, экономя ресурсы клетки. Молекулы нкРНК идеально подходят для такого регуляторного механизма — они производятся за доли минуты и могут привести к гораздо более быстрой реакции клетки, чем через обходной путь с участием белка.

Но ускорение производства? Это озадачило исследователей по двум причинам: во-первых, не сразу понятно, какова цель такой регуляции, а во-вторых, гораздо сложнее предложить интуитивный механизм для такого режима работы. «Мы знали об ингибиторах, которые обычно блокируют важные сайты связывания», — сказал Норберт Полачек, руководитель исследовательской группы.

Чтобы разгадать загадку, группа Полачека сотрудничала со специалистами по трипаносомам из группы Андре Шнайдера. Вместе они смогли показать, что стимулирующий эффект РНК имеет превентивный характер: за стрессовыми ситуациями обычно следуют более «спокойные» времена, и возможность как можно быстрее снова производить белки может быть решающей. Фрагмент нкРНК действует так, что выводит рибосомы на полную производственную мощность без задержки, как только, например, снова становятся доступны достаточные питательные вещества. Полачек называет это «кик-стартом» для клетки.

Точный механизм, однако, остаётся неясным, и Полачек считает, что это открывает интересное поле для дальнейших исследований. В лучшем случае открытие приведёт к появлению целого нового класса веществ для лечения трипаносомных заболеваний. Биологические экстравагантности трипаносом также делают их уязвимыми. Как только мы лучше поймём, как это работает, мы сможем найти способы нарушить работу этого «турбонаддува», которые будут совершенно безвредны для человека.

Исследование опубликовано в Nature Communications.