Целенаправленное включение белков в мембрану является жизненно важным процессом для поддержания клеток; эти мембранные белки обеспечивают правильное функционирование клеточного метаболизма, связь с окружающей средой и энергоснабжение. Механизмы сортировки белков обеспечивают специфическое распознавание мембранных белков среди тысяч различных белков и отправку их на мембрану там, где они необходимы. Команда под руководством Кярта Денкса, докторанта в рабочей группе профессора Ханса-Георга Коха в Институте биохимии и молекулярной биологии Фрайбургского университета, подробно описывает этот молекулярный механизм в журнале Nature Microbiology, используя кишечную бактерию Escherichia coli.. Исследователи показали, что частица распознавания сигнала (SRP), присутствующая во всех живых организмах, идентифицирует правильные белки уже во время их синтеза.
Белки синтезируются на рибосомах, функциональных единицах внутри клетки, которые высвобождают белки через туннель во внутреннюю часть клетки. Затем они сортируются по схеме: транспортируемые белки содержат аминокислотную последовательность, которая служит сигналом распознавания для клеточных сортирующих комплексов. SRP является одним из таких комплексов. Он встречается у бактерий и организмов с ядросодержащими клетками и отвечает за распознавание мембранных белков. Из более ранних исследований исследователи знали, что SRP распознает мембранные белки еще до того, как они полностью синтезируются. Но были споры о том, когда именно. Сначала предполагалось, что сигнальная последовательность должна полностью выйти из туннеля белка рибосомы, чтобы белок мембраны мог быть распознан. Но последующие работы показали, что идентификация произошла задолго до того, как сигнальная последовательность покинула рибосому. Новое исследование во Фрайбурге подтверждает это.
Исследователи использовали методику, которая позволила им изучить контакты между рибосомой и SRP вплоть до уровня отдельных аминокислот - самих строительных блоков белков. Команда показала, что SRP сканирует белковый туннель рибосомы, чтобы найти потенциальные белки-субстраты. Когда он распознает белок нужного типа, он втягивается в конец туннеля и позиционирует свой связывающий карман, чтобы сформировать стабильный комплекс с мембранным белком. Сделав это, SRP начинает процесс перемещения синтезирующей рибосомы к ее целевому участку на мембране: где она связывается с транспортными каналами белка, чтобы заякорить белок в мембране. Если это раннее распознавание не удается - если, например, точки контакта между SRP и рибосомным туннелем были генетически модифицированы - мембранные белки накапливаются, потому что они не могут быть правильно расположены в мембране. Это приводит к дефектам клеточного деления.
Исследование выявляет новую сложность взаимодействия между рибосомами и белково-сортирующими комплексами: рибосомальный туннель, долгое время считавшийся пассивной трубкой, играет ключевую роль в координации процессов, начинающихся при синтезе белков.
Ханс-Георг Кох является главным исследователем исследовательской учебной группы 2202, спонсируемой Немецким исследовательским фондом, «Транспорт через мембраны и внутрь них», а также учебной группы докторантуры «MOTI-VATE» на медицинском факультете. Он также является вице-директором Высшей школы биологии и медицины им. Спемана (SGBM).