Максимальная точность в синтезе белка
Исследователи из Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) и Немецкого центра исследования рака (DKFZ) изучили механизм действия жизненно важного для синтеза белка молекулярного шаперона. Вместе с коллегами из Кёльнского университета и Университета Пенсильвании (США) они показали, что скорость синтеза белка связана с функцией шаперона Ssb. Информация, контролирующая скорость синтеза, закодирована в генетическом коде клетки, что обеспечивает максимальную эффективность и точность в создании функциональных белков. Результаты опубликованы в Cell.
Каждая клетка содержит тысячи различных белков, каждый со своей функцией. Их чертежи хранятся в генах. Крупные молекулярные машины клетки — рибосомы — считывают эту информацию и синтезируют длинные аминокислотные цепи (полипептиды). Затем эти цепи должны «свернуться» в трёхмерные структуры, чтобы стать функциональными белками. Этот процесс сложен и подвержен ошибкам, поэтому молекулярные помощники — шапероны — контролируют и направляют его.
Некоторые шапероны связываются непосредственно с рибосомами, помогая сворачиванию полипептидов во время их синтеза. До сих пор почти ничего не было известно о том, как эти рибосом-ассоциированные шапероны идентифицируют растущие белки, какие именно белки с ними контактируют и адаптируется ли скорость синтеза к функции помощника по сворачиванию.
Немецко-американская группа под руководством профессора Бернда Букау и доктора Гюнтера Крамера изучила эти вопросы на модели дрожжевых белков теплового шока Hsp70. Фокус был на шапероне Ssb — единственном члене семейства Hsp, который вступает в прямой контакт с рибосомой и участвует в синтезе белка на самых ранних этапах. Эксперименты принесли принципиально новые данные о сворачивании вновь синтезируемых белков.
Рибосом-ассоциированный шаперон Ssb Hsp70 связывается примерно с 70 процентами вновь образующихся клеточных белков, включая многие, которые должны быть сначала транспортированы в другую часть клетки. Помимо функции помощника по сворачиванию, Ssb играет дополнительную и неожиданную роль в клеточном транспорте белков.
Шаперон узнаёт свои белковые субстраты, связываясь с участком последовательности, обогащённым положительно заряженными и неполярными аминокислотами. Эти мотивы узнавания связываются сразу после их появления на поверхности рибосомы. Таким образом, Ssb задерживает процесс сворачивания, пока полипептид не станет достаточно длинным для правильного фолдинга.
Исследователи с удивлением обнаружили, что рибосомы увеличивают скорость синтеза белка, когда шаперон Ssb Hsp70 связывается с формирующимся полипептидом и защищает его. Они доказали, что информация для адаптации скорости синтеза к функции молекулярного шаперона хранится в генетическом коде и не контролируется самим шапероном.