Клетки переполнены макромолекулами, что ограничивает диффузию белков, особенно в прокариотических клетках без активного транспорта в цитоплазме. Изучая взаимосвязь между скоплением, ионной силой и диффузией белков, биохимики Гронингенского университета сделали потрясающее открытие: положительно заряженные белки прилипают к поверхности рибосомных комплексов. Это объясняет, почему большинство водорастворимых белков несут общий отрицательный заряд. Открытие скоро появится в журнале eLife.
Важна скорость движения белков внутри клеток: многие процессы в биологических клетках зависят от взаимодействия между макромолекулами (белками и нуклеиновыми кислотами) и, следовательно, от их способности находить друг друга.«Но клеточная цитоплазма - это оживленное место, и это повлияет на диффузию белков и РНК», - отмечает профессор биохимии Гронингенского университета Берт Пулман.
Сборы
Его группа изучала влияние краудинга на диффузию и обнаружила корреляцию между размером белка и скоростью диффузии. «Но для некоторых белков мы не обнаружили такой корреляции, поэтому решили выяснить, почему». Команда использовала три разных прокариота с возрастающей ионной силой: грамотрицательную бактерию Escherichia coli, грамположительный Lactococcus lactis и экстремофил Haloferax volcanii, который живет при очень высоких концентрациях соли.
Для этого исследования ученые создали различные варианты зеленого флуоресцентного белка (GFP) с поверхностным зарядом от -30 до +25. Затем они изучили движение этих вариантов GFP в трех типах клеток. «Мы видели, что положительно заряженные белки диффундируют очень медленно. Они застряли в камере», - объясняет Пулман. Дальнейший анализ показал, что положительные белки связывались не с ДНК или клеточной мембраной, а с рибосомным комплексом.
Интересно
Биоинформатический анализ протеомов микроорганизмов и эукариотических клеток показал, что в большинстве случаев примерно 70 процентов белков заряжены отрицательно. «Интересно, что оставшиеся 30 процентов - это либо мембранные белки, либо белки, участвующие в функционировании или сворачивании рибосомы или мРНК».
Мембранные белки защищены шаперонами во время биогенеза, поэтому они не будут прилипать к рибосомам. Следовательно, не существует «свободных» цитоплазматических белков с достаточно высоким положительным зарядом, чтобы заставить их оседать на рибосомах. Отрицательный заряд рибосомного комплекса и окружающая ионная сила цитоплазмы, по-видимому, сформировали эволюцию зарядов в клеточном протеоме.
Неожиданно
Новое и неожиданное понимание того, что подвижность белка является функцией заряда белка, может объяснить, почему трудно экспрессировать некоторые белки в бактериальных системах с низкой ионной силой.«Мы заметили, что более высокая ионная сила снижает липкость положительно заряженных белков. Это может быть ценным открытием для создания платформ для экспрессии белков».
И последнее наблюдение в статье eLife заключается в том, что геномы нескольких эндосимбионтов демонстрируют обилие положительно заряженных белков. «Эта находка нас действительно сбивает с толку», - признается Пулман. «Можно ожидать, что все эти белки будут притягиваться к рибосомам эндосимбионтов. До сих пор у нас нет объяснения того, как эти организмы способны справляться с медленной диффузией и поглощением рибосом положительными белками».