Процесс синтеза белка на рибосоме называется «трансляцией», и все белки всех живых организмов, включая человека, производятся посредством трансляции. Считалось, что в процессе связывания аминокислот на рибосоме вновь образованная полипептидная цепь (возникающая цепь) постоянно синтезируется.
В недавних исследованиях этой и других исследовательских групп стало очевидно, что колебания скорости происходят в значительной степени при трансляции — что некоторые возникающие цепи, в зависимости от аминокислотной последовательности, действуют на рибосому, которая ее формирует, чтобы замедлить шаг трансляции. .Исследовательская группа под руководством Хидеки Тагучи из Токийского технологического института и Кореаки Ито из Университета Киото Сангё обнаружила, что когда воссозданная бесклеточная система трансляции [2] E. coli была создана для трансляции белков, содержащих последовательности примерно из десяти кислотных аминокислот (аспарагиновая кислота), и глутаминовые кислоты) или последовательности, в которых либо кислая аминокислота, либо аминокислота, называемая пролином, связаны поочередно, трансляция останавливается на полпути, когда такая последовательность транслируется. Это прерванное событие происходит, когда рибосомы, синтезирующие аминокислотную последовательность, становятся дестабилизированными в результате воздействия на них зарождающейся цепи (исследователи обозначают это «IRD»: «внутренняя дестабилизация рибосом»). Это приводит к расщеплению рибосомы на большие и малые субъединицы.
Считалось, что рибосома, с ее ролью синтеза нескольких тысяч или десятков тысяч типов белков внутри клетки, связывает любые комбинации аминокислотных последовательностей. Однако открытие IRD, при котором рибосома дестабилизируется во время трансляции возникающими цепями, которые она сама синтезирует, указывает на то, что трансляция — это то, что прогрессирует с потенциальным риском прерывания. Белки, которые включают аминокислотные последовательности, запускающие IRD, не могут завершить свой синтез.
На первый взгляд это явление IRD может показаться дефектом рибосомы, но на что это указывает для живых организмов?Исследователи обнаружили, что живые организмы также обладают механизмом противодействия IRD.
Это открытие побудило их использовать мутант E. coli, у которого отсутствует этот механизм, с рибосомами, таким образом, слегка дестабилизированными и склонными к IRD, и проанализировать весь белок внутри клетки (протеом). В результате команда обнаружила, что у мутанта клеточные количества ряда белков различались по сравнению с диким штаммом. В частности, было обнаружено, что MgtA, мембранный белок, который переносит ион магния в клетки, экспрессируется в десять раз больше.
Интересно, что ген mgtL, регулирующий экспрессию MgtA, обладал последовательностью IRD. Результат анализа показал, что E. coli регулирует экспрессию MgtA, используя специальный механизм, характеризующий феномен IRD из-за последовательности mgtL, в ответ на изменения концентрации магния в клетке.Ионы магния необходимы для многих жизненных процессов внутри клетки и необходимы для трансляции, в частности, для стабилизации рибосомы. Таким образом, результаты этого исследования предполагают, что E. coli приобрела механизм поддержания клеточной концентрации ионов магния за счет использования способности mgtL IRD выражать изобилие MgtA, когда среда ее роста становится бедной магнием.
Другими словами, у живого организма есть механизм для мониторинга изменений внутриклеточной среды, используя феномен IRD.Будущие разработки
Это исследование показало, что помимо информации, которая определяет трехмерные структуры белков, аминокислотные последовательности даже обладают способностью влиять на стабильность синтезирующего их механизма и, в конечном итоге, прерывать трансляцию в середине цикла. Это способствует нашему пониманию основы жизненных процессов, которые поддерживаются регулируемым выражением генетической информации. Раннее и преждевременное прекращение перевода до сих пор не считалось жизненно важным процессом в науках о жизни.
Тагучи и члены команды считают, что их достижения могут быть расширены, в сочетании с текущим процветанием наук о жизни, для различных приложений, таких как производство новых полезных белков или разработка биофармацевтических препаратов.[1] Рибосома: большой композит, состоящий из РНК и белка, который синтезирует составляющие белка (полипептидные цепи). Он считывает нуклеотидную последовательность информационных РНК и выбирает из 20 типов аминокислот в соответствии с генетическим кодом сообщения, а затем соединяет их в указанном порядке.
[2] Восстановленная бесклеточная система трансляции: система синтеза белка in vitro, содержащая только очищенные компоненты, необходимые для синтеза белков.