Цитология: новые научные данные о внутриклеточной сортировке белков

Группа ученых во главе с Кэртом Денксом (Kärt Denks), докторантом из Института биохимии и молекулярной биологии Университета Фрайбурга (Германия) провела исследование молекулярного механизма внутриклеточной сортировки белков. В качестве объекта для манипуляций была использована кишечная палочка Escherichia coli. Исследование показало, что сигнал-узнающая частица (SRP) присутствует во всех живых организмах. Она распознает нужные белки уже в процессе их синтеза.

Цитология: новые научные данные о внутриклеточной сортировке белков
Комплекс SRP, участвующий в сортировке белков, сканирует рибосомный туннель, в котором происходит синтез белков. Когда он распознает белок правильного вида, SRP локализует связывающий участок ("карман") рядом с выходом из туннеля. В этом кармане образуется стабильный комплекс с белком. Далее белок транспортируется к целевому участку в мембране клетки.

Иллюстрация предоставлена:
AG Koch

Направленное включение белков в мембрану имеет важное значение для поддержания нормальной жизнедеятельности клеток. Благодаря мембранным белкам обеспечивается надлежащее функционирование клеточного метаболизма, снабжение клетки энергией и связь с окружающей ее средой. За счет механизмов сортировки мембранные белки, распознаваемые особым образом среди тысяч других белков, направляются в мембрану, туда, где они необходимы.

Белки синтезируются на рибосомах - функциональных блоках, располагающихся внутри клетки, которые высвобождают белки к внутренней части клетки через туннель. Затем происходит их сортировка по следующей схеме: транспортируемые белки содержат определенную последовательность аминокислот, она и служит сигналом, который распознают комплексы для клеточной сортировки. SRP является одним из этих комплексов. Он встречается в бактериях и в организмах, клетки которых содержат ядро, и отвечает за распознавание мембранных белков.

Ранее было установлено, что SRP распознает мембранные белки еще до того, как они полностью синтезированы. Вопрос состоит в том, в какой именно момент происходит их узнавание. Сначала предполагалось, что для того, чтобы произошло распознавание мембранного белка, сигнальная последовательность должна полностью выйти из рибосомного туннеля. Однако последующие наблюдения ученых показали, что идентификация белка происходит задолго до того, как сигнальная последовательность покидает рибосому. Новое исследование, проведенное во Фрайбурге, подтверждает данный факт.

Ученые использовали особую методику, которая позволила им изучить контакты, происходящие между рибосомой и SRP вплоть до уровня отдельных аминокислот - тех самых "строительных блоков", из которых состоят белки. В ходе научного наблюдения было установлено, что SRP тщательно сканирует рибосомный туннель, чтобы выявить потенциальные субстратные белки. Когда сигнал-узнающая частица узнает "правильный" белок, она смещается в конец туннеля и локализует там связывающий карман, нужный для того чтобы сформировать стабильный комплекс с мембранным белком. Затем SRP начинает процесс перемещения синтезирующейся в рибосоме пептидной цепи к целевому участку на мембране: здесь происходит образование связи с белком транспортных каналов, чтобы закрепить белок в мембрану. Если такое раннее распознавание произвести не удается (например, контактные точки SRP и рибосомного туннеля были генетически модифицированы), мембранные белки начинают накапливаться из-за отсутствия возможности расположить их в мембране так, как требуется. Это приводит к появлению дефектов при делении клеток.

Исследование, проведенное в Университете Фрайбурга, также выявило новую сложность, возникающую при взаимодействии между рибосомами и комплексами для сортировки белка: рибосомный туннель, который в течение длительного времени рассматривался специалистами как пассивная трубка, играет ключевую роль в координации процессов, которые запускаются в процессе синтеза белков.

С подробным отчетом о проведенной учеными работе можно ознакомиться в журнале "Nature Microbiology".

Источник