Рибосомы — не только фабрика белков: их новая роль в регуляции экспрессии генов у человека

Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрса обнаружили новую функцию рибосом в клетках человека. Оказалось, что эти частицы, ответственные за синтез белков, также могут участвовать в разрушении здоровых мРНК — молекул, которые декодируют информацию ДНК в белки.

«Долгое время рибосомы рассматривались как пассивный игрок в клетке — просто молекулярная машина, производящая белки. Теперь появляется всё больше доказательств, что рибосомы регулируют экспрессию генов, в том числе и в клетках человека», — говорит доктор философии Ариэль Баццини, помощник научного сотрудника института.

Эти выводы, недавно опубликованные в eLife, могут углубить понимание роли мРНК и причин нарушения регуляции генов при заболеваниях человека.

В процессе трансляции рибосомы синтезируют белки, выступая в качестве площадки для их сборки. Они считывают кодоны — последовательности из трёх нуклеотидов — в мРНК, чтобы определить, какие аминокислоты добавлять к растущей белковой цепи. Кроме того, рибосомы выполняют функцию контроля качества, запуская разрушение неправильно собранных мРНК.

Растущий массив данных показывает, что рибосомы также влияют на стабильность (срок жизни) правильно обработанных мРНК, выступая ключевым фактором в модуляции их уровня и, как следствие, производства белка. Ранее это было показано на таких организмах, как дрожжи, E. coli и рыбки данио. В данном исследовании учёные продемонстрировали, что рибосомы влияют на стабильность мРНК и в клеточных линиях человека.

«Мы видим, что уровень экспрессии гена — это комбинация производства мРНК (транскрипции) и её стабильности. Это как со стаканом воды: чтобы понять, сколько в нём воды в конкретный момент, важно знать, сколько вы туда налили, но также и сколько выпили. То же самое с мРНК. Можно измерить, сколько их произведено, но если не знать, сколько разрушается, как понять их реальное количество?» — поясняет Баццини.

Это открывает два перспективных направления для исследований. Первое — понять молекулярный механизм, с помощью которого рибосомы запускают разрушение мРНК (он до сих пор неизвестен). Возможно, рибосомы — не такой уж пассивный игрок, как считалось.

«Как и рибосомы, молекулы тРНК (транспортные РНК) фундаментально вовлечены в синтез белка. Мы полагаем, что тРНК, которые распознают кодоны в мРНК и поставляют соответствующие аминокислоты рибосомам, могут играть важную регуляторную роль в развитии и при заболеваниях человека», — говорит первый автор работы, докторант института Цюшуан У.

Второе направление — изучить, как этот вновь открытый регуляторный механизм может быть связан с генами, ассоциированными с болезнями человека. Секвенирование геномов показывает, что у людей иногда встречаются «молчащие мутации» — изменения в последовательности ДНК и кодоне, которые не меняют аминокислотный состав конечного белка (поскольку многие аминокислоты кодируются несколькими кодонами). Однако такая мутация всё же может иметь эффект, если приведёт к разрушению здоровой мРНК рибосомами.

«Один из базовых концептов биологии — как регулируются гены и как эта регуляция заставляет клетки специализироваться. Нас интересует, как работают посттранскрипционные механизмы, и в частности, как рибосомы запускают разрушение мРНК — как они активируют или рекрутируют факторы для этого процесса», — говорит Баццини. «Понимание того, как трансляция влияет на экспрессию мРНК на молекулярном уровне, позволяет начать размышлять о том, как трансляция мРНК может формировать экспрессию генов при раке, старении или вирусной инфекции».