Как производить белки с нужной скоростью

В клетках эукариот генетический материал хранится в ядре в виде ДНК. Чтобы быть использованным, ДНК сначала транскрибируется в матричную РНК (мРНК) в цитоплазме, а затем транслируется в белок с помощью рибосом. Однако скорость этого процесса непостоянна и должна адаптироваться, чтобы белок принял правильную трёхмерную структуру. Нарушение скорости производства приводит к структурным дефектам: неправильно свёрнутые белки агрегируют, становятся бесполезными и часто токсичными для клетки.

Команда из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Университетом Гамбурга, проанализировав скорость движения рибосом в клетках дрожжей, показала, что скорость синтеза белка модулируется регуляторными факторами, которые по своему усмотрению изменяют скорость трансляции мРНК в белки. Результаты опубликованы в журнале Cell Reports.

Профилирование рибосом

Для исследования учёные использовали метод рибосомного профилирования. Эта методика позволяет определить положение рибосом в конкретный момент времени в клетке. Она заключается в деградации всей РНК, не защищённой рибосомой, с сохранением только фрагментов, защищённых рибосомой (RPFs). Затем эти RPFs секвенируют, чтобы определить, сколько рибосом было на мРНК и в каких позициях в данный момент. Это указывает на скорость и эффективность трансляции.

Учёные наблюдали скорость и динамику производства белков в естественных и генетически модифицированных дрожжах, чтобы выявить различия в зависимости от генетического кода.

Регуляция скоростью

Во время синтеза в клетке появляются небольшие конденсаты из РНК и белков, функция которых — замедлять скорость производства рибосом. «Образование этих конденсатов зависит от наличия или отсутствия регуляторных факторов, называемых Not, которые действуют как замедлители», — объясняет Мартин Колларт. В их отсутствие механизм ускоряется в неподходящих местах, что приводит к агрегации белков.

Таким образом, факторы Not связываются с рибосомой в определённые моменты синтеза белка, чтобы замедлить её во время трансляции, конденсируя РНК и nascent-белок. Авторы задаются вопросом, нарушается ли этот регуляторный механизм при нейродегенеративных заболеваниях или с возрастом. Возможно, что небольшие нарушения, накладываясь друг на друга, со временем могут иметь значительный кумулятивный эффект.