Новые данные о функции молекулярных шаперонов
Молекулярные биологи из Гейдельберга получили новые данные о функции так называемых молекулярных шаперонов в синтезе белка. Команда под руководством доктора Гюнтера Крамера и профессора доктора Бернда Букау из альянса DKFZ-ZMBH (исследовательского объединения Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета и Немецкого центра исследования рака) смогла продемонстрировать, как молекулярный шаперон в бактериальных клетках может влиять на формирование трёхмерной структуры новых белков.
«Наши результаты положили конец научной дискуссии о том, в какой момент синтеза белка начинается сворачивание белка в определённую трёхмерную структуру и какую роль играют отдельные факторы, участвующие в этом процессе», — говорит профессор Букау. Результаты исследования были опубликованы в виде онлайн-статьи в журнале Molecular Cell и также появятся в печатной версии журнала.
Белки производятся рибосомами — крупными молекулярными машинами, переводящими генетическую информацию в длинные цепи аминокислот. Но эти так называемые полипептидные цепи превращаются в функциональные белки только после того, как сворачиваются в стабильные трёхмерные структуры. Неправильно свёрнутые белки могут иметь разрушительные последствия для клеток или даже всего организма. Примерами являются нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Чтобы предотвратить дефекты сворачивания, клетки имеют целые арсеналы помощников по сворачиванию, называемых молекулярными шаперонами. Некоторые шапероны поддерживают сворачивание во время синтеза белка на рибосоме. До сих пор точные детали этого сложного процесса были в значительной степени неизвестны.
Гейдельбергским молекулярным биологам теперь удалось дать более точное описание шаперона под названием Trigger Factor из бактерии Escherichia coli. Для этого все компоненты, необходимые для синтеза белка, были выделены из бактериальных клеток, а процесс сворачивания белка наблюдался во время синтеза в пробирке.
«Оказалось, что в начале синтеза растущая полипептидная цепь не может сворачиваться из-за пространственной близости к рибосоме», — говорит доктор Крамер. «Это торможение уменьшается в ходе синтеза за счёт того, что уже синтезированные части растущей цепи постепенно отодвигаются от рибосомы добавлением новых аминокислот».
Trigger Factor продлевает действие рибосомы и также препятствует сворачиванию. В ходе трансляции он связывается с рибосомой и растущей полипептидной цепью, таким образом также предотвращая сворачивание частей белка, уже находящихся дальше от рибосомы. Соответственно, рибосома и Trigger Factor действуют согласованно, чтобы ограничить преждевременное сворачивание зарождающегося полипептида.
«Удивительно то, — говорит доктор Крамер, — что Trigger Factor также может разворачивать части белка». Эта активность Trigger Factor может обратить вспять преждевременные попытки сворачивания растущей полипептидной цепи и облегчить новую попытку, если предыдущая была неудачной. «Существенно то, что Trigger Factor развивает разворачивающую активность только тогда, когда он прикреплён к рибосоме. Другими словами, он не может разворачивать полностью синтезированные белки».
Вместе с другими результатами, полученными гейдельбергской исследовательской группой, эти новые открытия представляют расширенную модель молекулярного механизма сворачивания белка.
- На ранней стадии синтеза белка рибосома предотвращает преждевременное сворачивание растущей полипептидной цепи. Здесь также должны быть выполнены другие важные модификации белковой цепи. Trigger Factor на этой стадии не участвует.
- Связывание Trigger Factor удерживает растущую полипептидную цепь развёрнутой до тех пор, пока не будут синтезированы достаточно большие части белка, чтобы могло произойти продуктивное сворачивание.
- Но если белок уже предпринял преждевременные шаги сворачивания, когда связывается Trigger Factor, эти шаги могут быть обращены вспять разворачивающей активностью Trigger Factor.
Таким образом, образование вредных белков в клетке может быть активно предотвращено.
«Эти результаты представляют собой важный шаг к более детальному пониманию преобразования генетической информации в функционирующие белки», — говорит профессор Букау. «Этот процесс незаменим для выживания каждой клетки и каждого организма».