Для белков это было бы эквивалентом приема на красной ковровой дорожке: каждый белок, принадлежащий сложному механизму рибосом - компонентов клетки, производящих белки, - имеет своего собственного шаперона, который направляет его в нужное место в нужное время. нужное время и защитить его от вреда.
В новом исследовании Калифорнийского технологического института исследователи узнают больше о том, как работают рибосомные шапероны, показывая, что один конкретный шаперон связывается со своим белком-клиентом очень специфическим, плотным образом, почти как перчатка, облегающая руку. Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию для определения атомной структуры рибосомного белка, связанного с его шапероном.
«Создание рибосом немного похоже на выпечку торта. Отдельные ингредиенты поставляются в защитной упаковке, которая специально соответствует их размеру и форме, пока они не будут развернуты и смешаны в жидкое тесто», - говорит Андре Хольц, профессор химии Калифорнийского технологического института., исследователь Медицинского исследовательского института наследия (HMRI) и научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). Хёльц является главным исследователем исследования, опубликованного 2 февраля 2017 года в журнале Nature Communications. Открытие может найти применение в разработке новых противораковых препаратов, предназначенных специально для отключения сборки рибосом.
Во всех клетках генетическая информация хранится в виде ДНК и транскрибируется в мРНК, кодирующие белки. Рибосомы переводят мРНК в аминокислоты, связывая их вместе в полипептидные цепи, которые складываются в белки. Ежедневно в животной клетке вырабатывается более миллиона рибосом.
Построение рибосом - это колоссальная задача для клетки, в которой участвуют около 80 белков, из которых состоит сама рибосома, нити рибосомной РНК и более 200 дополнительных белков, которые направляют и регулируют этот процесс. «Сборка рибосом - это динамический процесс, в котором все происходит в определенном порядке. Мы только сейчас начинаем прояснять многие вовлеченные этапы», - говорит Хёльц.
Что еще более усложняет ситуацию, белки, из которых состоит рибосома, сначала синтезируются вне ядра клетки, в цитоплазме, а затем транспортируются в ядро, где происходят начальные этапы сборки рибосомы.
Белки-шапероны помогают транспортировать рибосомные белки к ядру, а также защищают их от измельчения клеточным механизмом измельчения белков. Компоненты, которые специально нацеливают этот механизм на незащищенные рибосомные белки, недавно идентифицированные Рэймондом Деше, профессором биологии Калифорнийского технологического института и исследователем HHMI, гарантируют, что одинаковое количество различных рибосомных белков доступно для построения массивной структуры рибосомы.
Ранее Хоэлц и его команда в сотрудничестве с лабораторией Эда Хёрта в Гейдельбергском университете обнаружили, что рибосомный белок, называемый L4, связан с шапероном, называемым «шаперон сборки RpL4», или Acl4. Шаперон проводит L4 через ядро, защищая его от повреждений, и доставляет его к развивающейся рибосоме в точное время и в точное место. В новом исследовании команда использовала рентгеновскую кристаллографию, процесс, который включает в себя воздействие на кристаллы белка высокоэнергетическим рентгеновским излучением, чтобы определить структуру связанной пары. Этот метод был реализован на линии луча Молекулярной обсерватории Калифорнийского технологического института на Стэнфордском источнике синхротронного излучения.
«Это было непросто решить, - говорит Фердинанд Хубер, аспирант Калифорнийского технологического института в лаборатории Хёльца и первый автор нового исследования. «Решение структуры было невероятно захватывающим, потому что вы впервые могли своими глазами увидеть, как шаперон охватывает рибосомный белок, чтобы защитить его».
Хёльц говорит, что структура стала неожиданностью, потому что ранее не было известно, что шапероны так крепко держатся за свои рибосомные белки. Он говорит, что в будущем они хотят изучить другие шапероны, чтобы увидеть, функционируют ли они аналогично надежной охране рибосомных белков. Полученные результаты могут привести к разработке новых лекарств для лечения рака за счет предотвращения снабжения раковых клеток большим количеством рибосом, необходимых для роста опухоли.