Структура человеческой рибосомы раскрыта в деталях

Исследователи из Института генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC — CNRS/Университет Страсбурга/Inserm) определили трёхмерную структуру полной человеческой рибосомы в атомном масштабе и детальные взаимодействия внутри неё. Результаты, полученные с использованием уникальной во Франции технологии, открывают путь к изучению побочных эффектов антибиотиков и, в перспективе, к лечению болезней, связанных с дисфункцией рибосом. Работа опубликована в Nature 22 апреля 2015 года.

Рибосомы — это крупные комплексы из белков и РНК, которые в клетках всех живых существ действуют как молекулярные наномашины для биосинтеза белков. Хотя структуры рибосом разных видов уже были известны, определение сложной структуры человеческой рибосомы оставалось серьёзной задачей.

Команда под руководством Бруно Клахольца из IGBMC визуализировала атомную структуру полной человеческой рибосомы с разрешением лучше 3 ангстрем (0.3 нанометра). Полученная модель представляет 220 000 атомов, составляющих две субъединицы рибосомы, и впервые позволяет детально исследовать её строение, визуализируя различные аминокислоты и нуклеотиды в 3D.

Учёные сосредоточились на сайтах связывания и взаимодействиях внутри структуры. В частности, они выяснили, что транспортные РНК (тРНК) после доставки аминокислот продолжают взаимодействовать с рибосомой в определённом месте (сайте выхода тРНК). Также было показано, что две субъединицы рибосомы слегка вращаются в процессе биосинтеза белка, существенно меняя 3D-конфигурацию на их границе.

Эти результаты были достигнуты с помощью передовых технологий. Образцы высокой чистоты замораживали и изучали с помощью крио-электронной микроскопии, что позволяет сохранять структуру и биологические функции. Комбинация обработки изображений и 3D-реконструкции, применённая к данным с крио-электронного микроскопа нового поколения в IGBMC (уникального во Франции), позволила достичь высокой точности.

Детальное знание структуры и динамики человеческой рибосомы открывает новые возможности для исследований. Теперь можно изучать побочные эффекты антибиотиков, предназначенных для борьбы с бактериальными рибосомами, но которые могут «по ошибке» воздействовать и на человеческие. Составление списка сайтов связывания — первый шаг к повышению специфичности терапевтических соединений. В долгосрочной перспективе эти данные могут помочь в разработке методов лечения болезней, связанных с дисфункцией рибосом и нарушением регуляции синтеза белка, например, в случае рака, где воздействие на рибосомы больных клеток могло бы снизить скорость их белкового синтеза.