Прионы могут регулировать передачу сигналов от РНК

Прионы, известные своей ролью в нейродегенеративных заболеваниях, также могут быть ключевыми регуляторами синтеза белка в клетках. Новые модели учёных из Университета Райса описывают, как прионы могут контролировать трансляцию матричной РНК (мРНК) в новые белки, формируя организованные «сборочные линии».

Исследование, проведённое под руководством теоретического физика Питера Уолинза и аспирантки Синью Гу, предполагает, что два приона — CPEB и Rim4 — могут активировать или подавлять трансляцию белков актина в зависимости от ориентации, в которой они связываются с мРНК.

Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

CPEB и Rim4 представляют собой примеры 240 известных генов, кодирующих прионы, которые также связывают РНК в эукариотических клетках. Они действуют как инь и ян в трансляции, будучи прямыми противоположностями по способу связывания с мРНК.

• CPEB в агрегированной прионной форме связывается с 3'-концом мРНК. Это позволяет рибосомам легко находить старт-кодон на 5'-конце, эффективно двигаться по мРНК и высвобождаться у стоп-кодона, связанного с прионом, создавая эффективный цикл. Таким образом, прион CPEB усиливает трансляцию.
• Rim4, напротив, связывается с 5'-концом мРНК, скрывая старт-кодон от рибосом, что эффективно подавляет трансляцию.

Интересно, что CPEB в форме мономера или в составе конденсата («безмембранной органеллы») может регулировать трансляцию противоположным образом.

«Большинство людей визуализируют белково-РНК конденсаты как неполяризованные случайные скопления, — говорит Уолинз. — Но наша модель предполагает, что в конденсате может сохраняться векторный эффект, если у них есть локально поляризованная структура».

Ранее группа Уолинза из Центра теоретической биологической физики (CTBP) показала симбиотическую связь между прионами CPEB и актином — строительным блоком цитоскелета. Они предположили, что актиновые филаменты тянут за волокна CPEB, «фиксируя» воспоминания в специфичных дендритах нейронов.

Новая работа показывает, что «векторная» природа трансляции мРНК и специфичная полярность сборок CPEB могут объяснить, как эти сборки регулируют синтез актина и других синаптических белков. Этот механизм может использоваться и другими биологическими системами.

Уолинз отмечает, что детали, раскрытые в исследовании, — лишь малая часть механизма формирования памяти. «Разгадка этих сложных процессов вдохновляет нашу работу во многих областях теоретической биологической физики», — заключил он.