Структура мини-шпильки пептида останавливает синтез белка в E. coli
Белки формируют структурный и функциональный каркас клетки. Их синтез — строго регулируемый процесс, в котором рибосома играет ключевую роль, собирая аминокислоты в полипептидную цепь согласно mRNA. Помимо синтеза, рибосома участвует в регуляции этого процесса, взаимодействуя с факторами и самой насинтезированной (nascent) пептидной цепью.
Некоторые nascent пептиды взаимодействуют с туннелем рибосомы, изменяя её внутреннюю структуру и вызывая остановку элонгации — "translation arrest". В бактериях такая остановка часто запускается факторами среды. Однако пептиды, останавливающие рибосому (ribosome arrest peptides, RAPs), кодируемые малыми открытыми рамками считывания (sORFs), изучены плохо.
Группа учёных под руководством доцента Юхэя Чадани из Университета Окаямы (Япония) решила идентифицировать и охарактеризовать RAPs в Escherichia coli (E. coli).
Исследователи проанализировали 38 sORFs (26 аннотированных и 12 предполагаемых). При сверхэкспрессии 18 из них ингибировали рост клеток. Этот цитотоксический эффект не был связан с регуляцией нижележащих генов.
Сравнительный протеомный анализ показал, что сверхэкспрессия 12 sORFs, подобно действию известного RAP TnaC или антибиотиков, была связана с повышенной экспрессией белков холодового шока (cold shock proteins, CSPs).
Анализ рибосомного профилирования и накопленных пептидил-tRNA промежуточных продуктов выявил, что пептиды "PepNL" и "NanCL" индуцируют остановку трансляции в E. coli.
Структурный анализ рибосомы, остановленной nascent пептидом PepNL, показал, что он принимает стабильную конформацию мини-шпильки (mini-hairpin) в выходном туннеле рибосомы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В норме при встрече со стоп-кодоном факторы терминации (peptide release factors, RF) обеспечивают отделение пептида от tRNA. Сравнение структуры остановленной рибосомы с канонической терминацией выявило стерические clashes между nascent пептидом и остатками рибосомной RNA. Это приводит к перестройке RF2 в неактивную конформацию.
Важно, что сворачивание пептида PepNL в туннеле не требует индуктора (в отличие от сенсорных RAPs, как TnaC) и функционирует, распознавая прочитывание стоп-кодона (stop codon read-through) как сигнал остановки.
Эти результаты открывают два новых RAP в E. coli и проливают свет на новые структурные механизмы их регуляторной роли в адаптации к среде.
«Наши подходы к идентификации PepNL и NanCL, а также уникальный молекулярный механизм остановки трансляции дают ценные ключи к расшифровке скрытых генетических кодов в полипептидных последовательностях», — заключает доктор Чадани.