Белок RfaH трансформируется для новой функции

Новое исследование показало, что белок RfaH способен на то, что учёные ранее считали невозможным: он разворачивается и заново складывается в совершенно новую форму.

От альфа-спирали к бета-бочонку

Белок RfaH активирует гены, позволяющие бактериальным клеткам атаковать организм-хозяина, вызывая болезнь. Исследователи установили, что RfaH начинается в альфа-форме, состоящей из двух спиралей. Позже, в бета-форме, он напоминает спицы в колесе и называется бочонком.

Процесс перестройки занимает секунды. Профессор Ирина Арцимович сравнила его с «перевязыванием свитера в новый узор».

Нарушение догм и новая функция

Исследование, опубликованное 20 июля 2012 года в журнале Cell, опровергает устоявшиеся представления:

• Белок не просто меняет форму — он приобретает новую функцию.
• RfaH изначально считался транскрипционным фактором, который связывается с ДНК и РНК-полимеразой, чтобы начать считывание генов.
• Оказалось, что после перестройки RfaH участвует в трансляции — следующем этапе экспрессии генов, где рибосома строит белок по инструкции mRNA.

В своей новой форме RfaH становится в 100 раз эффективнее как фактор трансляции, чем как фактор транскрипции. Он помогает рибосоме связаться с mRNA, когда на ней недостаточно информации для начала работы.

Значение и аналогии

Открытие имеет важные последствия:

• Предполагает, что другие белки могут обладать схожей способностью к полной перестройке.
• Напоминает о прионных белках, которые, переходя из альфа- в бета-форму, вызывают смертельные болезни (коровье бешенство, болезнь Крейтцфельдта-Якоба).
• Меняет подход к белковой инженерии, добавляя новую ступень в модели.

Механизм и дальнейшие вопросы

Перестройку запускает разделение доменов (частей) белка. Используя ядерный магнитный резонанс (NMR), учёные подтвердили, что RfaH может складываться в два разных состояния.

Однако ключевые вопросы остаются:

• Как именно происходит разделение доменов?
• Как RfaH определяет, где рибосоме начать связывание с mRNA?

Исследование проводилось на Escherichia coli, где RfaH является фактором вирулентности. Его уникальная способность, вероятно, эволюционировала для эффективной экспрессии генов, от которых зависит выживание бактерий.

Работа поддержана грантами Национальных институтов здоровья (NIH) и Немецкого научно-исследовательского общества (DFG).