Как собираются молекулярные машины рибосомы

Рибосомы — макромолекулярные машины из РНК и белков — производят все белки в клетке. Клетки создают до 100 000 рибосом в час, но из-за скорости сборки механизм этого процесса оставался неясным.

Коллаборация Института биологических исследований Солка и Исследовательского института Скриппса впервые использовала метод одночастичной криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) и новые вычислительные инструменты, чтобы зафиксировать ключевые этапы сборки рибосом. Результаты опубликованы 1 декабря 2016 года в журнале Cell.

Новый подход к структурной биологии

• Традиционная рентгеновская кристаллография требует кристаллизации молекул и имеет ограничения.
• Cryo-EM позволяет визуализировать "замороженные" одиночные частицы без кристаллизации, сохраняя их нативную структуру.
• Современные камеры и, что особенно важно, вычислительные инструменты теперь позволяют "очищать" молекулы in silico (на компьютере) и анализировать сложные смеси различных структурных состояний.

Эксперимент и открытие

Ученые химически "приостановили" сборку крупной субъединицы рибосомы (50S), получив смесь молекул на разных стадиях сборки. С помощью cryo-EM они проанализировали эту смесь.

• В смеси обнаружено не менее 15 типов комплексов, из которых 13 были активно собирающимися 50S субъединицами.
• Каждую структуру сняли с разрешением, достаточным для идентификации белков и РНК.
• С помощью алгоритмов комплексы удалось выстроить в порядок по пути сборки.

Параллельные пути сборки

Анализ показал, что рибосомы могут собираться по нескольким разным путям. Это обеспечивает эффективность процесса и устойчивость к стрессам в клетке.

"Если представить сборочную линию, где каждый шаг должен происходить последовательно, проблема на одном этапе останавливает всё. Если есть параллельные пути, сборка может идти по другим каналам, пока проблема не будет решена", — поясняет соавтор Джеймс Уильямсон.

Работа, занявшая более года, закладывает основу для изучения других крупных и динамичных молекулярных машин, что открывает новые перспективы как в фундаментальной науке, так и в прикладных исследованиях.