Белки необходимы не только для создания сильных мышц, но и для построения умного мозга! Когда мы изучаем что-то новое, в нейронах нашего мозга вырабатывается несколько белков, которые помогают устанавливать новые связи между нейронами. Дефект в синтезе белка приводит к дефектам обучения, памяти, а также развитию мозга.
В организме человека имеется около 20 000 различных белков, которые необходимо производить, разрушать и перестраивать с разной скоростью в разных типах клеток в разное время. Белки синтезируются во всех живых клетках сложными молекулярными механизмами, называемыми рибосомами. Нобелевская премия по физиологии и медицине 1974 г. была присуждена А. Клоду, К. Д. Дюве и Г. Э. Паладу за открытие рибосомы. После этого, после трех десятилетий интенсивных и тщательных исследований, В. Рамакришнан, Т. А. Стейц и А. Э. Йонат получили Нобелевскую премию по химии 2009 года за определение детальной структуры этих интересных механизмов, производящих белки. Очень долго считалось, что каждая рибосома идентична другой рибосоме; производство определенных белков на основе полученной генетической информации. Однако недавние исследования опровергли эту идею, указав, что все рибосомы не одинаковы по составу и что есть некоторые рибосомы, которые являются специализированными. Эти специализированные рибосомы определяют, какой белок они производят и с какой скоростью.
Исследование, проведенное под руководством доктора Рави Муддашетти из InStem, Бангалор, выявило отдельные маркеры, позволяющие различать рибосомы, специализирующиеся на производстве определенных наборов белков, и намекнуло, что эта специализация может быть важна для развития нервной системы. Как упоминалось ранее, рибосома представляет собой комплекс, состоящий из большого набора белков и РНК, несущий все необходимые инструменты для создания белков на основе генетического сообщения, что делает рибосому специализированным операционным узлом (подобным сборочной линии в автомобиле). фабрика). Подобно тому, как фабрики предназначены для производства различных продуктов из одного и того же исходного материала, рибосомы могут генерировать различные белки в зависимости от их собственного состава белков и нуклеиновых кислот, что делает каждую рибосому уникальной по своей конструкции, хотя их функция остается прежней. К этому феномену специализации добавляется тот факт, что и белковые, и РНК-компоненты подвержены определенным модификациям в ходе биогенеза рибосомы, и ученые утверждают, что это добавление модификаций может быть еще одним уровнем сложности в регуляции синтеза белка. означает, что определенные белки могут быть созданы с помощью определенного набора рибосом в определенных компартментах клетки», - добавляет Мишель Д'Суза, первый автор статьи, опубликованной в iScience на этой неделе.
В ходе своих исследований команда также обнаружила, что эти модификации рибосомной РНК (называемые 2'O-метилированием) изменяются в отсутствие белка, называемого Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP). Этот белок в основном находится в головном мозге и необходим для нормального когнитивного развития. Мутации в гене, кодирующем FMRP, FMR1, приводят к синдрому ломкости-X (FXS), что приводит к задержке развития нервной системы и умственной отсталости. Общая функция этого белка включает связывание информационной РНК (мРНК) и регулирование их трансляции в белки, особенно в соединениях (синапсах) нейронов. Однако в случаях, когда FMRP отсутствует, наблюдается нарушение регуляции продукции белка, фенотип, наблюдаемый при синдроме ломкой Х-хромосомы. FMRP также может регулировать синтез белка за пределами синапса, и его роль FMRP в нормальных и болезненных состояниях требует изучения.
Эта работа установила новую роль FMRP в модификации рибосомной РНК и, таким образом, в регуляции рекрутирования специализированных рибосом на специфические мРНК. В будущем команда стремится понять механизм, с помощью которого взаимодействие FMRP с рибосомами регулирует синтез белка и способствует проявлению симптомов синдрома Fragile-X и других когнитивных нарушений.