Созревание рибосомы - сложная операция. Работа группы Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене теперь показывает, что 90S-предшественник малой субъединицы 40S подвергается процессу «линьки», во время которого он постепенно отбрасывает свои внешние компоненты.
Синтез белка, запрограммированный генетической информацией, закодированной в ДНК, является, пожалуй, самым важным процессом, происходящим в биологических клетках. Белки незаменимы для всех организмов, поскольку они отвечают за выполнение широкого спектра биологических функций. Действительно, молекулярные машины, которые соединяют белки, известные как рибосомы, сами частично состоят из определенных белков. Второй жизненно важный компонент каждой рибосомы - это небольшой набор специфических РНК, которые служат в качестве каркасов, к которым специфически присоединяются рибосомные белки. Таким образом, синтез рибосом представляет собой чрезвычайно сложный многостадийный процесс, включающий стадии сборки и созревания. Эта сложность объясняет, почему многие детали всей операции до сих пор не до конца изучены. Теперь группа исследователей во главе с профессором Роландом Бекманном из Генного центра LMU получила новое представление о фазе созревания, которая дает начало малой субъединице функциональной рибосомы в пивных дрожжах. Исследование, проведенное в сотрудничестве с коллегами из Гейдельберга, опубликовано в ведущем журнале Science.
В клетках высших организмов зрелые рибосомы состоят из двух отдельных субъединиц, каждая из которых содержит длинную молекулу рибосомной РНК (рРНК) (называемую 18S в малой и 25S в большой субъединице у дрожжей). Субъединицы взаимодействуют друг с другом и с информационными РНК, которые программируют синтез каждого белка. У дрожжей меньшая субъединица 40S происходит из гораздо более крупного комплекса предшественников, называемого пре-рибосомой 90S. Частица-предшественник 90S содержит одну (35S) молекулу РНК. РНК, в конечном итоге связанные с каждой зрелой субъединицей, образуются путем удаления специфических внутренних и концевых фрагментов. Однако один из сегментов РНК, обнаруженный в предшественнике 90S, играет важную роль в обеспечении того, чтобы зрелая 18S рРНК в субъединице 40S сворачивалась в правильную трехмерную форму.
Как достигается процессинг 35S рРНК, до сих пор неясно. Общая идея заключалась в том, что по мере созревания субъединицы 40S происходят этапы процессинга, которые приводят к образованию 18S рРНК, и зрелая 40S-частица в конечном итоге «появляется» из предшественника 90S. Новое исследование добавляет новые детали, которые показывают, что этот процесс гораздо сложнее. Для начала необходим специфический фермент (Dhr1), чтобы обеспечить начальное расщепление предшественника 35S рРНК в правильном положении. Dhr1 сначала обнажает сайт расщепления, позволяя ему взаимодействовать с ферментом Utp24, который отрезает нужный фрагмент с одного конца 35S рРНК.
Кроме того, «появление» субъединицы 40S влечет за собой упорядоченную серию реакций, в которых внешняя оболочка частицы 90S постепенно отделяется от 40S. «Это не просто шлепок», - замечает Бекманн. Процесс действительно напоминает линьку насекомого - сбрасывание покровов происходит слой за слоем. «Это похоже на те русские куклы. Когда вы открываете одну, вы обнаруживаете, что внутри спряталась меньшая», - говорит Бекманн. - А с помощью криоэлектронной микроскопии специалисты в Мюнхене смогли различать различные трехмерные комплексы, характерные для каждого этапа процесса. Более ранние биохимические эксперименты, проведенные группой Центра биохимии Гейдельбергского университета (BZH) под руководством профессора Эда Хёрта, уже поставили под сомнение предыдущую блочную модель, предоставив доказательства идеи о том, что отслоение внешних слоев 90S частица происходила ступенчато.
Выяснение таких механизмов представляет интерес не только с точки зрения фундаментальных исследований. Как указывает Бекманн, все больше и больше нарушений связаны с недостатком интактных рибосом. Когда при сборке и созревании этих тонких и сложных молекулярных машин случаются ошибки, они могут в конечном итоге привести к относительной нехватке рибосом, что затем нарушает хрупкое равновесие между синтезом и деградацией белка. Среди возникающих синдромов - разнообразные формы мышечной атрофии, аномалии роста, анемии и некоторые виды рака.