Рибосомный контроль качества

Биохимики из Вюрцбургского и Гёттингенского университетов выяснили новые детали процессов сборки макромолекулярных машин в клетках. Их исследования показывают, что клетки вкладывают значительные усилия в предотвращение ошибок производства.

Рибосомы как контрольная точка

Сборка белков в более крупные макромолекулярные структуры связана с рибосомами и их синтезом в процессе трансляции. Рибосомы выступают в роли «контрольной точки» качества: они обеспечивают, чтобы вновь построенные белки напрямую поступали в производственные линии макромолекулярных комплексов. Результаты опубликованы в журналах Cell Reports и EMBO Journal.

Молекулярный принцип LEGO

«Представьте себе кирпичики LEGO на молекулярном уровне: один кирпичик присоединяется к другому, пока продукт не будет готов. Если используется всего один дефектный или неправильный кирпичик, всё строение может быть скомпрометировано», — поясняет профессор Утц Фишер, заведующий кафедрой биохимии Вюрцбургского университета.

В своей последней работе команда Фишера с коллегами из Гёттингена выяснила всю последовательность производства субъединиц сплайсосом — от синтеза отдельных компонентов до их сборки в функционирующую машину. Они идентифицировали ранее неожиданного участника этого процесса: рибосому.

Новая роль рибосом

Рибосомы — это места, где генетическая информация (в форме mRNA) транслируется в белки. Как эти отдельные белки впоследствии собираются в макромолекулярные машины, до недавнего времени полностью расшифровано не было.

«Внутренняя часть клеток слишком переполнена для того, чтобы белки свободно перемещались в поисках подходящего партнера», — говорит Ашвин Чари, руководитель проектной группы в MPI по биофизической химии. Это заняло бы у белков слишком много времени; они застревали бы, образуя ошибочные структуры и агрегируясь, что в худшем случае вызывает тяжёлые заболевания, такие как болезнь Альцгеймера.

Механизм контроля

«Следовательно, в живых клетках должен существовать механизм, который защищает вновь синтезированные белки на рибосоме и позволяет им ассоциироваться только с их правильным аналогом», — говорит Эльхам Пакния, руководившая экспериментом.

Учёные впервые доказали, что это предположение верно. Рибосома не случайно высвобождает белки в цитозоль после синтеза, а удерживает их до тех пор, пока специфические помощники, так называемые шапероны, не доставят соответствующие аналоги. Таким образом, рибосома обеспечивает образование только задуманной структуры и, помимо производства, принимает на себя роль «инспектора качества».

Огромные инвестиции в контроль

«Крайне высокие критерии качества» являются базовым принципом клеточной функции. Исследователи продемонстрировали, что часто в сборке макромолекулярных машин участвует больше шаперонов, чем строительных блоков. Это также становится очевидным при взгляде на энергетический баланс клетки: «Сам катализ требует гораздо меньше ресурсов, чем регуляция и контроль», — говорит Утц Фишер.

Огромные усилия оправданы: ошибки во время сборки сплайсосом, например, вызывают спинальную мышечную атрофию. Неправильное сворачивание белков также считается причиной различных других заболеваний — от диабета до болезни Альцгеймера.

Общий принцип

Хотя Фишер и его коллеги из Гёттингена выяснили роль рибосомы в сборке макромолекул, используя строительные блоки сплайсосом в качестве модельной системы, исследователи убеждены, что это не единичный случай.

«У нас есть веские основания полагать, что это общий принцип», — говорит Чари. В конце концов, другие макромолекулы также должны синтезироваться в тех же переполненных условиях при соблюдении высочайших стандартов безопасности.