Новое исследование проливает свет на формирование одной из самых фундаментальных молекул природы

 Жизнь протекает на рибосомах. Каждой клетке земного шара необходимы рибосомы для преобразования генетических данных в жизненно важные белки, необходимые для работы организма, а затем для производства большего количества рибосом. Однако ученым до сих пор не хватает четкого понимания того, как собираются эти важные наномашины.

Новые изображения с высоким разрешением дали представление о том, как собирается большая субъединица рибосом человека, углубив наше понимание этих важнейших клеточных механизмов. Результаты, полученные с использованием криоэлектронной микроскопии и других методов, могут иметь значение для исследований клеточного метаболизма и заболеваний, связанных с мутациями рибосом. (Фото: scitechdaily.com)

Теперь новые изображения большой рибосомальной субъединицы в высоком разрешении проливают свет на то, как, возможно, самая фундаментальная молекула природы объединяется в клетках человека. Результаты, опубликованные в журнале Science, приближают нас на один шаг к полной картине сборки рибосом.

«Теперь у нас есть довольно хорошее представление о том, как у человека собирается большая рибосомальная субъединица», — говорит Себастьян Клинге из Рокфеллера. «У нас все еще есть немало пробелов в нашем понимании, но теперь у нас определенно есть гораздо лучшая идея, чем раньше».

Решение большой субъединицы

Рибосомы были впервые открыты в Рокфеллере почти 70 лет назад. Впоследствии исследователи установили, что они состоят из двух отдельных компонентов: небольшой субъединицы 40S, ответственной за интерпретацию информационной РНК, и более крупной субъединицы 60S, которая связывает фрагменты белка. Однако это были самые общие мазки. Точные этапы, с помощью которых эти сложные молекулы собираются в свою зрелую форму, долгое время оставались загадкой.

Подход Клинге к этой более крупной проблеме уже давно сосредоточен на выяснении того, как вообще формируются рибосомы. С этой целью лаборатория Клинге была одной из первых, кто применил криоэлектронную микроскопию для съемки процесса сборки небактериальной рибосомы до ее окончательной формы. понять, как эти молекулы переходят из одной точки сборки в другую.

За последние годы Клинге и другие ученые со всего мира идентифицировали и охарактеризовали более 200 факторов сборки рибосом, которые влияют на модификацию, процессинг и сворачивание рибосом.

В текущем исследовании Клинге и его коллеги сосредоточились на большой субъединице рибосомы человека (60S). Из исследований на дрожжах команда уже знала, что формирование большой субъединицы включает в себя соединение двух предшественников (5S рРНК и 32S пре-рРНК), но «мы хотели знать все события, которые должны произойти, чтобы это произошло, — говорит Арно Ванден Брук, научный сотрудник лаборатории Клинге. «Мы хотели объяснить, как большая субъединица собирается и обрабатывается в клетках человека».

Ванден Брук и Клинге объединили новые методы, включающие в себя сочетание редактирования генома и биохимии, чтобы запечатлеть крио-ЭМ структуры высокого разрешения 24 промежуточных продуктов сборки крупных рибосомальных субъединиц человека по мере их созревания. Полученные изображения показывают, как факторы сборки, различные белки и ферменты взаимодействуют с элементами РНК, управляя образованием и созреванием 60S. В совокупности результаты представляют почти полную картину того, как собирается большая субъединица человека.

«В течение шестидесяти лет у нас почти ничего не было о промежуточных звеньях, образующих человеческий 60S – это было для нас почти невидимо – а теперь мы перешли от ничего к довольно хорошему освещению», – говорит Ванден Брук, признавая при этом, что некоторые из редчайших и большинство мимолетных шагов на пути к зрелым 60-м годам, возможно, ускользнули от команды и остались незамеченными. «Нам еще предстоит много работы».

Тем не менее, ключевые выводы исследования уже могут начать использоваться в смежных областях исследований. Среди обнаруженных промежуточных этапов, например, есть сигнальные пути, которые предполагают связь между сборкой рибосом и клеточным метаболизмом, что позволяет предположить, что полное понимание рибосом вполне может потребовать тесного сотрудничества с экспертами в области клеточного метаболизма. Детальный взгляд на этапы формирования рибосом, предоставленный в ходе исследования, может предоставить важный контекст для ученых, изучающих заболевания, связанные с мутациями рибосом.

Однако на данный момент Клинге и Ванден Брук довольны существенным скачком вперед. «Это больше не догадки», — говорит Клинге. «Теперь мы можем детально увидеть, что происходит, когда собирается большое подразделение. Прискорбно осознавать, что мы наконец-то можем увидеть, что создает рибосомы и управляет образованием белка во всех наших собственных клетках».

Источник