МГУ: как синтезируется белок в живой клетке?

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством Сергея Дмитриева (НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ) прояснили, как живая клетка решает, откуда начать синтез белка. Исследование было опубликовано в журнале Nucleic Acids Research.

Генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется в живой клетке в виде белков. Чтобы синтезировать нужный белок, эту информацию нужно перевести из последовательности нуклеотидов на язык аминокислот. Этот процесс называется трансляцией, и участвует в ней не ДНК, а матричная РНК, на которой находится копия одного конкретного гена. Специальная молекулярная машина (рибосома) движется по матричной РНК и считывает тройки нуклеотидов, каждая из которых кодирует ту или иную аминокислоту.

Сложность заключается в том, что нуклеотиды матричной РНК просто следуют один за другим, и рибосома должна определить, с какого места ей начинать считывание. Если первая тройка нуклеотидов будет выбрана неверно, рибосома начнет синтезировать неправильный белок, который окажется бесполезным или даже токсичным для клетки.

«Для решения этой проблемы существует специальный механизм — рибосомное сканирование, — говорит Илья Теренин, один из авторов работы. — Сначала малая субчастица рибосомы, нагруженная специальными белками, связывается с концом матричной РНК (которую можно сравнить с «ксерокопией» текста, записанного в ДНК: это как бы «инструкция» по сборке белковой молекулы). Затем рибосома начинает перемещаться по мРНК, «просматривая», как на конвейере, один за другим все встречающиеся ей тройки нуклеотидов. Как правило, в качестве точки старта используется тройка нуклеотидов «аденин-урацил-гуанин» (AUG). Когда рибосома находит его, она останавливается и начинает синтез белка. Ранее считалось, что обнаружение AUG — единственное и важнейшее событие, приводящее к началу синтеза с нужной точки, однако мы обнаружили, что это далеко не всегда так».

Когда малая субчастица встречает тройку AUG, она может начать сборку белковой молекулы, а может и не начать. Это зависит от того, какой набор белков-помощников (eIF) будет в ее распоряжении. У эукариотов (организмов с ядром в клетке, к которым относятся и люди) один из самых важных факторов — eIF2. Он вместе с транспортной РНК доставляет клетке все необходимые для синтеза компоненты, происходит гидролиз (разложение) молекулы гуанозинтрифосфата (ГТФ) — это служит сигналом к началу трансляции. Молекула ГТФ связана с eIF2, но сам eIF2 гидролизовать ГТФ не может — для этого ему нужен еще один белок-помощник, eIF5. Наличие eIF5 в необходимой концентрации как раз и определяет, гидролизуется ли ГТФ.

Ученые выяснили, что если гидролиза не произойдет, то малая субчастица проигнорирует кодон AUG и проскользнет дальше. Исследователи назвали этот процесс слайдингом. Открытие слайдинга опровергает устоявшееся мнение, что процесс выбора точки начала трансляции заканчивается на моменте распознавания точки старта синтеза. Решающим событием является не узнавание AUG, а гидролиз ГТФ.

25/01/2016

Источники: http://www.gazeta.ru