Как рибосомы похожи на матрёшек

Созревание рибосомы — сложный процесс. Исследование команды из LMU показывает, что 90S-прекурсор малой 40S субъединицы проходит через процесс «линьки», в ходе которого он постепенно сбрасывает свои внешние компоненты.

Синтез белка, запрограммированный генетической информацией ДНК, — ключевой процесс в биологических клетках. Рибосомы, молекулярные машины, собирающие белки, сами частично состоят из специфических белков и рибосомных РНК (рРНК). Их биогенез — сложный многоступенчатый процесс, детали которого до конца не изучены. Группа профессора Роланда Бекманна из Ген-центра LMU получила новые данные о созревании малой субъединицы рибосомы у пекарских дрожжей. Исследование опубликовано в журнале Science.

В клетках высших организмов зрелые рибосомы состоят из двух субъединиц, каждая содержит длинную молекулу рРНК (18S в малой и 25S в большой субъединице у дрожжей). У дрожжей малая 40S субъединица происходит от гораздо большего прекурсорного комплекса — 90S пре-рибосомы. 90S частица содержит одну молекулу РНК (35S). Зрелые рРНК образуются путём удаления специфичных внутренних и концевых фрагментов, причём один из сегментов РНК в 90S прекурсоре важен для правильного трёхмерного сворачивания зрелой 18S рРНК в 40S субъединице.

Сброс происходит поэтапно

Новое исследование показало, что процесс сложнее, чем считалось. Для начального разрезания 35S рРНК в правильном месте требуется специфичный фермент Dhr1. Он открывает сайт разреза, позволяя ферменту Utp24 отщепить правильный фрагмент с одного конца 35S рРНК.

Кроме того, «появление» 40S субъединицы включает упорядоченную серию реакций, в ходе которых внешняя оболочка 90S частицы постепенно отсоединяется от 40S. Процесс напоминает линьку насекомого — сброс покрова происходит слой за слоем. «Это скорее как русские матрёшки. Открываешь одну, а внутри находится меньшая», — говорит Бекманн. С помощью криоэлектронной микроскопии учёные смогли различить трёхмерные комплексы, характерные для каждого этапа процесса. Более ранние биохимические эксперименты команды профессора Эда Хёрта из Гейдельбергского университета уже ставили под сомнение предыдущую модель единого блока, свидетельствуя в пользу поэтапного сброса внешних слоёв 90S частицы.

Понимание таких механизмов важно не только для фундаментальной науки. Всё больше заболеваний связывают с недостатком интактных рибосом. Ошибки в сборке и созревании этих сложных молекулярных машин могут приводить к дефициту рибосом, нарушая равновесие между синтезом и деградацией белков. Среди таких синдромов — различные формы мышечной атрофии, аномалии роста, анемии и некоторые виды рака.