Сложность молекулярных структур в клетке поразительна. Добившись больших успехов в изучении этих структур в последние годы, биологи теперь берутся за следующую задачу: узнать больше о том, как они устроены. Новый исследовательский проект дает представление об очень необычном процессе конструирования одноклеточного паразита Trypanosoma brucei.
Клетки состоят из множества молекулярных структур, некоторые из которых обладают ошеломляющей сложностью. Рибосомы, белковые фабрики клетки, принадлежат к самым большим и сложным комплексам и состоят из РНК, а также из большого количества белков. Они существуют в каждом живом существе и рассматриваются как одна из клеточных машин, наименее изменившаяся на всех этапах эволюции. Но есть исключения: в митохондриях, клеточных органеллах, которые служат электростанциями, рибосомы выглядят совершенно по-другому.
Обширная техника
Ученых интересует не только структура и функция таких рибосом, но и «процесс строительства» - как клетки управляют сборкой этих сложных структур? И чем отличаются эти методы строительства, для разных конструкций? Ясно, что для обеспечения бесперебойной сборки всех строительных кирпичей необходимо обширное ячеистое оборудование. Этот клеточный механизм, ответственный за сборку рибосом в митохондриях, еще не описан. Теперь исследователи из группы Андре Шнайдера из Бернского университета и группы Ненада Бана из ETH Zurich исследовали процесс сборки митохондриальных рибосом с помощью одноклеточного паразита Trypanosoma brucei. Они смогли проследить процесс конструирования и идентифицировать связанный с ним клеточный механизм, предназначенный для сборки этих миторибосом. Поскольку T. brucei вызывает трудно поддающиеся лечению заболевания, включая сонную болезнь, результаты могут привести к новым методам лечения. Проект стал возможен благодаря Национальному центру компетенций в области исследований «РНК и болезни», который изучает роль РНК в механизмах заболеваний. Результаты были опубликованы в журнале Science.
Неизвестные элементы в «строительном бизнесе»
Паразит Trypanosoma brucei был использован в качестве модельной системы, поскольку его миторибосомы особенно сложны и, следовательно, вероятно, потребуют многих этапов сборки. Исследователи могли подробно проследить все эти шаги. «Мы обнаружили удивительные различия», - говорит Мориц Ниманн с кафедры химии и биохимии Бернского университета, соавтор. В митохондриальных рибосомах РНК можно рассматривать как сталь в армированном бетоне, тогда как в других рибосомах можно считать, что она играет ключевую структурную роль, как в структурах на основе железа, таких как Эйфелева башня. Анализ показал, что сборка миторибосом у T. brucei происходит через образование нескольких интермедиатов сборки. Он также включает в себя большое количество белков, которые образуют огромные адаптивные леса вокруг появляющейся миторибосомы, которой нет в завершенной структуре. Мартин Заурер из отдела биологии ETH Zurich и первый автор говорит, что многие из этих белков были неизвестны в «строительном бизнесе». «Криоэлектронная микроскопия позволяет нам не только визуализировать известные комплексы, но также обнаружить и описать весь клеточный процесс: строительную площадку и механизмы, участвующие в сборке митохондриальных рибосом», - добавляет он. Мориц Ниман был особенно сбит с толку огромными усилиями, которые клетка прикладывает для этого: «До четверти всех белков в митохондриях являются компонентами миторибосом или необходимы для их построения».
Лучшее понимание ведет к новым методам лечения
Поскольку некоторые сборочные белки имеют аналоги в других организмах, исследователи полагают, что полученные данные дают общую информацию для лучшего понимания созревания рибосом во всех организмах. А поскольку все эти белки необходимы для функционирования клетки, эти результаты могут быть полезны для разработки методов лечения против T. brucei и родственных паразитов, вызывающих множество разрушительных заболеваний у людей и животных.