Что лучше производить на месте или импортировать? Это может быть решающим вопросом и для простых форм жизни. Митохондрии, электростанции клетки, имеют свои собственные белковые фабрики, хотя клеточный аппарат мог бы легко выполнять эту работу за них. Особый вид эукариот даже имеет всю транспортную РНК, необходимую для сборки белка. Исследователи из Бернского университета подробно раскрыли, как работает этот крайне необычный механизм импорта.
Есть две причины, по которым трипаносомы, маленькие одноклеточные организмы, представляют особый интерес для исследователей. Во-первых, трипаносомы вызывают различные заболевания, в том числе смертельную человеческую сонную болезнь, от которой до сих пор не известно хорошего лечения. Но, может быть, еще более интересным является биохимическая феерия, которой славятся трипаносомы. У них есть особые способы выполнения задач, когда речь идет об основных клеточных механизмах. И эти пути столь же загадочны, сколь и откровенны - и для биологии человека. Понимание отклонений в основных механизмах у других организмов может привести к ценному пониманию характеристик наших собственных клеток.
Таинственные усилия по созданию белкового механизма
Одна из этих загадок оказалась особенно интригующей для исследовательской группы Андре Шнайдера с факультета химии и биохимии Бернского университета. Это связано с митохондриями, электростанциями клетки. Считается, что эти органеллы были независимыми формами жизни в ранние эпохи эволюции, а затем были похищены другими клетками. Вот почему они до сих пор обладают собственным генным материалом и механизмами для его трансляции и производства белков. Таким образом, митохондрии, в принципе, могли бы иметь определенную автономию в своих функциях, но они очень экономно используют ее: в клетках человека митохондриальный геном содержит только 13 генов, кодирующих белок, тогда как нормальная клетка продуцирует около 1500 других белков. механизм, который позже будет импортирован в митохондрии. Зачем все эти усилия по запуску надлежащего белкового механизма, если вы можете точно так же получать все белки из внешнего источника? То, что озадачивает биологов-людей, еще более странно в случае с трипаносомами. Научный консенсус заключается в том, что этот бизнес импорта работает только для белков - тРНК, необходимые для изготовления митохондриальных белков, должны производиться самими митохондриями. Но как ни странно, в трипаносомных митохондриях отсутствуют все гены для этой задачи - видимо, фабрика должна быть обеспечена и этими компонентами.
Гипотеза оказалась ошибочной
Исследователи из Берна и их коллеги из университетов Фрайбурга и Бремена были очарованы этим - и решили выяснить, как эти тРНК попадают в митохондрии. «Судя по книге, можно было бы ожидать, что на молекулярном уровне все процессы в митохондриях очень похожи у всех видов эукариот, но в данном случае есть поразительные различия», - говорит Андре Шнайдер. Что интересно и с эволюционной точки зрения: понимание этих различий может привести к подсказкам о том, как развивалась история жизни в деталях. Недавно группе удалось показать (в статье в журнале PNAS), что каналы импорта белка в мембране митохондрий также используются для импорта тРНК. Это высказывалось и раньше, но с гипотезой о том, что тРНК будет чем-то вроде безбилетного пассажира, контрабандой проникшего в митохондрии в комплексе с белком. С помощью нескольких экспериментов было показано, что этот механизм в случае трипаносом неверен: импорт тРНК не зависит от импортируемых белков. Как именно канал импорта выполняет эту дополнительную задачу, станет предметом будущих исследований.
Эти идеи могут открыть новые пути в фармацевтических исследованиях. Большая проблема с лекарствами от сонной болезни заключается в том, что эти возбудители трипаносом также являются эукариотами, как и мы, люди. Так что их функционирование гораздо больше похоже на функционирование наших клеток, чем, например, на функционирование бактерий. Это значительно затрудняет поиск эффективных лекарств с небольшим количеством серьезных побочных эффектов. Если удастся найти способы заблокировать эту недавно открытую функцию импорта, это может привести к появлению новых мишеней для наркотиков. С другой стороны, Андре Шнайдер мог представить своего рода «апгрейд» и для клеток человека: возможно, с помощью экспериментальных приемов можно было бы включить импорт тРНК и в клетках человека. Это открыло бы новые терапевтические возможности для митохондриальных заболеваний с помощью генной терапии, в которой часто используется РНК. Сегодня ввести эти терапевтические агенты в митохондрии не представляется возможным.
РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний
В исследовании NCCR «РНК и болезни - роль биологии РНК в механизмах заболеваний» изучается класс молекул, которым долгое время пренебрегали: РНК (рибонуклеиновая кислота) играет ключевую роль во многих жизненно важных процессах и намного сложнее, чем предполагалось изначально.. Например, РНК определяет условия в данной клетке, при которых данный ген активируется или не активируется. Если какая-либо часть этого процесса генетической регуляции нарушается или протекает неравномерно, это может привести к сердечным заболеваниям, раку, заболеваниям головного мозга и нарушениям обмена веществ. NCCR объединяет швейцарские исследовательские группы, изучающие различные аспекты биологии РНК в различных организмах, таких как дрожжи., растения, аскариды, мыши и человеческие клетки. Базовыми учреждениями являются Бернский университет и ETH Zurich.