Рибосомы могут транслировать «нетранслируемые области» матричной РНК

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса обнаружили, что рибосомы — молекулярные машины, синтезирующие белки — иногда могут делать это даже в так называемых нетранслируемых областях (UTR) матричной РНК (mRNA). Это ставит под сомнение давно принятый факт в биологии.

«Это захватывающее открытие, которое порождает целый новый набор вопросов для исследователей», — говорит Рэйчел Грин, профессор молекулярной биологии и генетики. Главный вопрос: имеют ли белки, синтезированные таким необычным способом, полезные или вредные функции и при каких условиях. Ответы могут углубить понимание роста раковых клеток и реакции клеток на стресс.

В исследовании на дрожжевых клетках, опубликованном в журнале Cell, команда сообщает, что атипичный синтез белка происходит, когда рибосомы не «перерабатываются» после достижения стоп-кодона в mRNA. По неизвестным причинам эти «неконтролируемые» рибосомы перезапускаются без старт-кодона и производят небольшие белки с неизвестной функцией.

Каждая mRNA начинается со старт-кодона, за которым следует чертёж конкретного белка и стоп-кодон. Далее идёт сегмент, который всегда называли «нетранслируемой областью», поскольку учёные никогда не видели его трансляции в белок. Теперь это изменилось.

Исследование началось с изучения дрожжевого белка Rli1. Известно, что Rli1 может разбирать рибосомы на две компонентные части после того, как они встречают стоп-кодон и больше не нужны. Этот процесс «рециклинга» отсоединяет рибосому от текущей молекулы mRNA, делая её доступной для трансляции другой. Однако было неясно, ведёт ли себя Rli1 так же в живых клетках.

Чтобы выяснить это, учёные лишили живые дрожжевые клетки Rli1, предсказав, что трансляция замедлится из-за скопления рибосом на стоп-кодонах. Чтобы «увидеть» расположение рибосом, в клетки добавили фермент, разрушающий любую открытую РНК. РНК, связанная рибосомами, была защищена, её выделили и идентифицировали. Как и предсказывалось, истощение Rli1 увеличило количество рибосом на стоп-кодонах. Но, к удивлению, также были обнаружены свидетельства нахождения рибосом в нетранслируемой области.

Чтобы проверить, действительно ли рибосомы читают нетранслируемую область для создания белков, команда вставила в эту область генетический код для белка, количество которого можно было легко измерить. Клетки с Rli1 не производили этот белок, а клетки без Rli1 — производили. Это доказало, что их рибосомы действительно активны в нетранслируемой области.

Дальнейшие эксперименты показали, что рибосомы не просто продолжали трансляцию после стоп-кодона, создавая сверхдлинный белок. Сначала они высвобождали обычный белок как обычно, а затем начинали трансляцию заново поблизости.

«Кажется, рибосомам надоедает ждать разборки, и они решают вернуться к работе. Работа по созданию белка, которая оказывается прямо перед ними, находится в нетранслируемой области», — говорит Николас Гайдош.

Назначение этих множества небольших белков неизвестно. Однако Грин отмечает, что одна из возможностей связана с тем, что количество рибосом в нетранслируемой области увеличивается, когда дрожжи испытывают стресс из-за нехватки пищи. «Возможно, эти небольшие белки действительно помогают дрожжам реагировать на голодание, но это всего лишь предположение», — говорит она.

Поскольку рибосомы необходимы для создания новых белков и роста клеток, учёные полагают, что скорость репликации клеток определяется, по крайней мере частично, количеством рибосом. Клетки, лишённые Rli1, не могут расти, потому что все их рибосомы заняты на стоп-кодонах и в нетранслируемых областях. Следовательно, раковые клетки повышают уровень Rli1, чтобы быстро расти.

«Раньше мы не понимали, насколько важен рециклинг рибосом для правильной трансляции mRNA, — говорит Грин. — Без него рибосомы отвлекаются от своей обычной работы, которая имеет решающее значение для нормального поддержания и роста клеток. Это открытие ставит вопросы, о которых мы даже не знали, что их нужно задавать».