В обратной роли: РНК сами себя проверяют на ошибки
Сборка белка похожа на игру в испорченный телефон: информация передается от одного посредника к другому, создавая возможность ошибок на каждом шаге. Существуют отдельные специализированные ферментативные машины, которые проверяют каждый этап, обеспечивая точный перевод инструкций, закодированных в нашей ДНК, в белки. Ученые из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL) обнаружили новый механизм контроля качества на этом пути, но, что удивительно, проверку выполняет не фермент. Вместо этого один из посредников сам имеет встроенный механизм предотвращения ошибок.
Строительные блоки для белков переносятся молекулами, известными как транспортные РНК (тРНК). тРНК работают с другими клеточными механизмами, чтобы обеспечить правильный порядок аминокислот. Но прежде чем строительный блок можно будет загрузить на молекулу тРНК, к ней должна быть добавлена трехчастная химическая последовательность, которую ученые называют "CCA". Эти буквы добавляются соответствующей машиной — CCA-добавляющим ферментом — и маркируют тРНК как полностью функциональную молекулу.
Если тРНК мутирована, CCA-добавляющий фермент дублирует свое сообщение. Буквы теперь читаются как "CCACCA", сигнализируя, что тРНК дефектна. Клетка быстро разрушает аномальную тРНК, предотвращая распространение ошибочного сообщения.
Но как CCA-добавляющий фермент отличает нормальные тРНК от мутантных?
Профессор CSHL и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза Леемор Джошуа-Тор возглавила команду, изучавшую это различие. «Мы использовали рентгеновскую кристаллографию — вид молекулярной фотографии — чтобы наблюдать за работой фермента, и были удивлены, обнаружив, что фермент вообще не различает [молекулы]», — объясняет Джошуа-Тор. «На самом деле, это РНК сама отвечает за проверку себя на ошибки».
Команда использовала две тРНК-подобные молекулы, называемые некодирующими РНК, для изучения механизма исправления ошибок. В предыдущей работе Джереми Вилуш, PhD, бывший аспирант Школы биологических наук Уотсона CSHL и соавтор текущей публикации, обнаружил некодирующую РНК, которая модифицирована одной группой CCA, что делает ее стабильной и распространенной. Другая РНК, использованная в текущем исследовании, обычно присутствует в клетках в незначительных количествах, и Вилуш с профессором CSHL Дэвидом Спектором обнаружили, что она модифицирована последовательностью CCACCA и быстро разрушается. Разница между двумя некодирующими РНК — простая мутация, и команда исследовала, как наличие мутации влияет на добавление последовательностей "CCA".
В работе, опубликованной сегодня в журнале Cell, команда описывает серию молекулярных снимков CCA-добавляющего фермента, связанного с некодирующими РНК. «CCA-добавляющий фермент использует винтовое движение, чтобы добавить каждую букву группы CCA к концу РНК», — говорит Клаус Кун, PhD, ведущий автор статьи. «В нормальных условиях, после добавления последней буквы A, фермент пытается снова "повернуть" молекулу, но не может». Это повышенное давление заставляет РНК выскочить из союза с ферментом — с присоединенной только одной группой CCA.
Но когда РНК мутирована, как обнаружили исследователи, ее структура становится более гибкой. После одного добавления CCA мутация позволяет РНК прогнуться под повышенным давлением. «Этот изгиб позволяет ферменту добавить дополнительный раунд букв "CCA", и только после этого РНК выскакивает», — говорит Джошуа-Тор.
По словам Джошуа-Тор, это очень уникальный механизм проверки. «Для фермента нет разницы между двумя РНК — он добавляет CCA этим винтовым движением независимо от последовательности. Так что это мутация в самой РНК предотвращает будущие ошибки», обеспечивая правильное производство белков.