Новые методы визуализации показывают, что кластеры рибосом специализируются на производстве белков

Рибосомы — это молекулярные машины, читающие генетический код и производящие белки, от ферментов до антител. Мария Барна, Ph.D., посвятила карьеру изучению того, как рибосомы специализируются для производства разных белков и как контролируют функционирование клеток.

Раньше рибосомы считали пассивными машинами. Однако работы Барны и других учёных, начиная с 2000-х годов, показали, что изменения в генах рибосом приводят к аномалиям развития и болезням. Теперь считается, что могут существовать миллионы вариаций рибосом с разными ролями в разных клетках.

Связь с болезнями:

• Мутации в генах рибосом у новорождённых вызывают тяжёлые заболевания: отсутствие органов, деформации костей, анемию.
• Болезни Альцгеймера и Паркинсона связаны со скоплениями неправильно свёрнутых белков, что может быть результатом сбоя в работе рибосом.
• В раковых клетках рибосомы часто гиперактивны для производства белков, необходимых опухолям для быстрого роста.

Новые методы изучения:

Команда Барны разработала две передовые методики для изучения рибосом с беспрецедентной детализацией:

• RiboExM (рибосомная микроскопия расширения): Клетки внедряют в специальный гель и расширяют, что позволяет детально рассмотреть расположение рибосом.
• ALIBi (оптогенетическое proximity labeling): С помощью света активируют молекулярные метки в конкретных небольших областях клетки, что позволяет изолировать и изучать рибосомы на основе их местоположения.

Что показали методы:

Используя методы вместе, исследователи обнаружили, что рибосомы с уникальным составом формируют специализированные кластеры для производства белков рядом с местом, где они нужны. Например, белки для производства энергии митохондриями производятся кластерами рибосом, расположенными очень близко к митохондриям. Впервые было показано, как рибосомы расположены в нейронах, что может быть ключом к пониманию их сбоев при нейродегенеративных заболеваниях.

Значение открытий:

Эти методы позволяют увидеть «ландшафт» производства белков в клетках с высокой чёткостью. Данные подтверждают, что рибосомы неодинаковы — их состав может варьироваться между типами клеток и внутри одной клетки, влияя на то, какие белки производятся, где и когда. Детальное картирование рибосом может изменить понимание и лечение многих болезней, позволяя разрабатывать терапии, нацеленные на определённые группы рибосом, не нарушая производство белков во всём организме.

Дальнейшие планы:

Лаборатория Барны планирует усовершенствовать инструменты для изучения активности рибосом в ещё более детальном разрешении и в различных типах клеток. Они намерены исследовать, как состав и кластеры рибосом меняются при болезнях, под воздействием условий среды и в процессе старения.