Связь биогенеза цитозольных и хлоропластных рибосом у растений

Учёные из Токийского технологического института обнаружили, что системы регуляции роста эукариотического и бактериального происхождения связаны с контролем транскрипции рРНК хлоропласта у примитивной красной водоросли.

Хлоропласты — это специализированные структуры внутри клеток, генерирующие энергию и производящие молекулы, связанные с запасанием веществ и метаболизмом, которые лежат в основе роста клетки. Реакции в хлоропластах требуют образования белков хлоропластной рибосомой (местом синтеза белка в органелле); однако то, как это регулируется в растительных клетках, во многом неизвестно. Считается, что превращение рибосомной ДНК в рибосомную РНК (рРНК), т.е. транскрипция, является лимитирующей стадией биогенеза (самой медленной стадией, определяющей скорость биогенеза рибосомы), и поэтому её понимание крайне важно.

Предыдущие исследования показали, что ингибирование TOR (target of rapamycin), высококонсервативной протеинкиназы, подавляет транскрипцию ядерной рРНК у многих эукариот. Доцент Сосукэ Имамура и коллеги предположили, что TOR регулирует транскрипцию рРНК в хлоропластах и митохондриях. Они обнаружили, что TOR модулирует транскрипцию хлоропластной рРНК, а также ядерной и митохондриальной рРНК, у модельной одноклеточной красной водоросли Cyanidioschyzon merolae. Этот результат указывает, что TOR участвует в механизме, регулирующем биогенез всех трёх типов рибосом.

Но как TOR регулирует транскрипцию хлоропластной рРНК в клетке? Исследователи попытались ответить на этот вопрос, анализируя эффекты ингибирования TOR. Они обнаружили, что такое ингибирование увеличивает экспрессию ядерного гена хлоропласта, CmRSH4b, который кодирует гомолог синтетазы сигнальной молекулы гуанозин-3',5'-бисдифосфата (ppGpp), модулирующей синтез рРНК у бактерий. Дальнейшие генетические и биохимические анализы показали, что образование зависимого от CmRSH4b ppGpp в хлоропластах является важным регулятором транскрипции хлоропластной рРНК.

Таким образом, результаты этого исследования закладывают основу для будущих исследований биогенеза хлоропластных рибосом. Понимание координации между тремя взаимосвязанными рибосомными системами позволит глубже понять регуляцию роста клеток водорослей и сложных растений.

Исследование опубликовано в The Plant Journal.