Молекулярный гамак для ко-трансляционной модификации

Белки выполняют основную работу в клетках и модифицируются в соответствии с функциональными требованиями. Команда LMU показала, как белки химически изменяются на рибосоме еще до того, как сворачиваются в активные конформации.

Функциональные свойства белков во многом определяются их трехмерной структурой, которая зависит от аминокислотной последовательности и может изменяться химической модификацией. Группа структурного биолога профессора Роланда Бекмана изучает синтез белков, который осуществляют молекулярные машины — рибосомы. Ученые использовали крио-электронную микроскопию, чтобы определить, как определенные ферменты взаимодействуют с рибосомами для химической модификации растущих белков. Исследование опубликовано в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

Координация ко-трансляционных модификаций

Многие белки подвергаются химической модификации, пока еще связаны с рибосомой. Синтез начинается с N-конца, и по мере роста цепочка аминокислот направляется в выходной туннель рибосомы. В клетках высших организмов первый аминокислотный остаток в большинстве белков модифицируется присоединением ацетильной группы (CH₃COO⁻) ферментами N-ацетилтрансферазами (NATs). Эта реакция происходит ко-трансляционно, когда N-концевая аминокислота появляется из туннеля, пока остальная часть белка еще синтезируется.

С помощью 3D-реконструкции комплекса NAT-рибосома ученые показали, что фермент расположен у выхода рибосомного туннеля, где он «может раскачиваться вперед-назад, как гамак». Это возможно благодаря тому, что он может присоединяться к четырем участкам связывания на рибосомной РНК. Три из этих сайтов расположены в так называемых экспансионных сегментах, которые действуют как гибкие спейсеры и специфичны для рРНК эукариотических организмов.

«Наши результаты впервые определили функцию этих сегментов», — отмечают авторы. Поскольку экспансионные сегменты выступают над поверхностью рибосомы, они создают зазор между выходом туннеля и каталитическим центром ацетилтрансферазы. Этот зазор должен быть преодолен участком из как минимум 20 аминокислот, чтобы N-концевая модификация могла произойти. В результате другие модифицирующие ферменты могут получить доступ к этим аминокислотам до того, как ацетилтрансфераза начнет действовать.

«Эти результаты позволили нам впервые предложить механистическую модель того, как координируются действия различных клеточных компонентов для ко-трансляционной модификации еще растущих белков», — заключает Роланд Бекманн.