Ученые впервые визуализировали копировальную машину хлоропластов в 3D

Исследователям из Гёттингена и Ганновера впервые удалось получить высокодетальные 3D-визуализации копировальной машины хлоропластов — РНК-полимеразы PEP. Детальная структура дает новое представление о функции и эволюции этого сложного клеточного аппарата, который играет центральную роль в считывании генетических инструкций для белков фотосинтеза.

С помощью PEP к энергии

Уникальная молекулярная копировальная машина, РНК-полимераза PEP, считывает генетические инструкции с генетического материала хлоропластов. Она необходима для активации генов, требуемых для фотосинтеза. Без функционирующего PEP растения не могут фотосинтезировать и остаются белыми вместо того, чтобы зеленеть.

Эта машина сложна: она состоит из мультисубъединичного корового комплекса (его белковые части закодированы в геноме хлоропласта) и как минимум 12 ассоциированных белков (PAPs), чертежи для которых предоставляет ядерный геном растительной клетки.

Детальный 3D-снимок

В тесном сотрудничестве ученые впервые визуализировали 19-субъединичный комплекс PEP с разрешением 3.5 ангстрема — в 35 миллионов раз меньше миллиметра.

• Материал: Интактные PEP были выделены из белой горчицы (Sinapis alba), типичного модельного растения.
• Метод: Использовалась криоэлектронная микроскопия. Образцы быстро замораживали, делали тысячи снимков машины с разных углов на атомном уровне и объединяли их в общую картину с помощью сложных компьютерных расчетов.

Результаты и значение

• Структура: Коровой комплекс PEP похож на таковой у других РНК-полимераз (например, у бактерий), но имеет специфические для хлоропластов черты для взаимодействия с PAPs. Белки PAP уникальны по своей структуре и встречаются только у растений.
• Функция: PAPs располагаются особым образом вокруг ядра полимеразы. Исходя из их структуры, вероятно, они по-разному взаимодействуют с коровым комплексом и участвуют в процессе считывания генов.
• Эволюция: Поиск в базах данных показал, что наблюдаемая архитектура копировальной машины, вероятно, одинакова у всех наземных растений.

Новые данные помогают лучше понять фундаментальные механизмы биогенеза аппарата фотосинтеза и могут быть полезны для будущих биотехнологических применений.