Учёные выявили структурную основу сборки протеасом — ключевых клеточных комплексов для рециклинга белков

Учёные из Sanford Burnham Prebys получили более чёткую картину того, как формируются протеасомы — важнейший механизм в клетках человека для утилизации устаревших и дефектных белков.

"Протеасомы абсолютно необходимы для здоровья", — заявил Цзяньхуа Чжао, доктор философии, старший автор исследования. По его оценке, около 80% белков в клетке деградируют именно протеасомами для поддержания здорового баланса.

Проблемы с протеасомами могут способствовать развитию некоторых видов рака и связаны с возрастными заболеваниями. Поэтому лучшее понимание того, как собираются эти мощные деструкторы белков, может привести к новым методам лечения.

Результаты исследования, опубликованные 18 сентября 2024 года в Nature Communications, проливают свет на ранее неизученные стадии сборки протеасом.

Ранее исследования были сосредоточены на средних фазах этого сложного молекулярного процесса. "Мы предоставили данные о более ранних и поздних этапах сборки протеасом в клетках", — пояснил первый автор исследования Ханьсяо Чжан.

Учёные исследовали сборку канонической формы протеасомных комплексов, встречающихся у людей, животных и растений, — 20S протеасомы. Она состоит из четырёх сложенных колец, каждое из которых образовано семью белковыми субъединицами (альфа или бета). Два кольца из бета-субъединиц в центре зажаты двумя кольцами из альфа-субъединиц. Готовая структура напоминает бочонок.

Чтобы увидеть, как именно собирается этот белковый "бочонок", исследователи использовали методы генного редактирования для мечения белков-шаперонов, которые помогают субъединицам соединяться в кольца. Для визуализации взаимодействий между этими мечеными шаперонами и субъединицами учёные применили криогенную электронную микроскопию (cryo-EM).

Исследование показало, как два белковых шаперона связываются сверху формирующегося кольца альфа-субъединиц, а ещё два — снизу. Учёные также выяснили, как два нижних шаперона удаляются и заменяются другим шапероном, а в конечном итоге — кольцами бета-субъединиц, которые формируют среднюю часть "бочонка".

"Полученные знания о сборке протеасом могут предоставить нам возможности для воздействия на определённые виды рака или улучшения состояния при старении", — отметил Чжао. Его команда также планирует использовать эти данные для создания протеасом в лаборатории и потенциального дизайна более эффективных комплексов.

По мнению Чжао, эти открытия могут иметь значение не только для онкологии и исследований старения, но и для изучения взаимодействий хозяина и патогена.