Ученые расширили знания о клеточном процессе, связанном со многими заболеваниями

Ученые из кампуса Scripps Research Institute во Флориде совместно с Университетом Мичигана впервые определили структуру одного из самых базовых клеточных «двигателей» — малой субъединицы рибосомы — на этапе её сборки из компонентов. Этот процесс необходим для роста клеток.

Исследование, опубликованное 11 августа 2011 года в онлайн-версии журнала Science, раскрывает серию избыточных механизмов, которые обеспечивают производство этих критических структур, предотвращая ошибки, ведущие к их разрушению или созданию неверных клеточных «строительных блоков». Эти находки проливают новый свет на процесс, тесно связанный с рядом заболеваний, включая рак и болезнь Альцгеймера.

Рибосомы и их сборка

Рибосомы — это крупные макромолекулярные машины, катализирующие производство белков во всех клетках. Они считывают генетический код с матричной РНК (mRNA) и переводят его в белки, собирая их из аминокислот. Процесс сборки рибосом невероятно сложен и, помимо 4 молекул РНК и 78 рибосомных белков зрелой рибосомы, involves почти 200 вспомогательных белков, известных как «факторы сборки». Поскольку сборка рибосом критически важна для роста клеток, а её дефекты связаны с раком, это направление исследований рассматривается как потенциальная мишень для противораковых препаратов.

Метод и открытие

В данной работе ученые использовали криоэлектронную микроскопию для визуализации структуры пре-40S рибосомы (малой субъединицы). Это наиболее детально охарактеризованная промежуточная структура сборки рибосомы на сегодняшний день, с точной информацией о расположении каждого фактора сборки.

Защитная роль факторов сборки

Большая часть сборки рибосом происходит в ядрышке, но финальное созревание малой субъединицы происходит в цитоплазме — основном клеточном компартменте, где идёт трансляция белков. Здесь незрелые субъединицы сталкиваются с большим количеством зрелых рибосом, mRNA и различных факторов трансляции. Исследование показало, что связанные факторы сборки действуют согласованно, используя высокоизбыточный и многоплановый подход, чтобы предотвратить преждевременное вовлечение незрелых субъединиц в процесс трансляции. Они выполняют роль шаперонов, защищая пре-40S субъединицы. Как пояснила один из старших авторов работы, профессор Катрин Карбштайн, ранее считалось, что роль факторов сборки — лишь помогать созреванию рибосомы. Однако новое исследование показало, что они также активно предотвращают нежелательные события. Преждевременное связывание промежуточной формы с mRNA могло бы привести либо к отсутствию синтеза белка, либо, что хуже, к производству неправильного белка, что может вызвать гибель клетки.

Перспективы

Это открытие — лишь «один снимок» позднего этапа процесса сборки. Как отмечает Карбштайн, хотя теперь процесс понятен лучше, это далеко не окончательное заключение. Работа закладывает основу для дальнейшего изучения этого фундаментального клеточного пути.