Биологи МГУ узнали, как в живой клетке начинается синтез белка

Рибосома движется по матричной РНК в поисках точки, с которой ей предстоит начать синтез белка. Изображение: Сергей Дмитриев

Ученые из МГУ выяснили, как живая клетка решает, откуда начать синтез белка. Оказалось, что решающим событием в этом процессе является не узнавание тройки нуклеотидов «аденин-урацил-гуанин» (AUG), а гидролиз (разложение) молекулы гуанозинтрифосфата(ГТФ), что и приводит к началу синтеза.

Без гидролиза сборка белковой молекулы невозможна. Этот процесс ученые назвали «слайдингом», сообщает пресс-служба МГУ им М.В. Ломоносова. Исследование биологов под руководством Сергея Дмитриева опубликовано в журнале Nucleic Acids Research.

Существенная доля нашей генетической информации, закодированной в ДНК, реализуется в живой клетке в виде белков. Для того чтобы синтезировать нужный белок, эту информацию нужно перевести из последовательности нуклеотидов на язык аминокислот. В этой стадии преобразования участвует матричная РНК — «временный носитель», на котором 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.

Таким образом, рибосома должна определить, с какого места ей необходимо начинать считывание. Если же 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. Сначала малая субчастица рибосомы, нагруженная специальными белками, связывается с концом матричной РНК, которая играет роль «инструкции» по сборке белковой молекулы. Затем рибосома начинает перемещаться по мРНК, «просматривая» один за другим все встречающиеся ей тройки нуклеотидов. Как правило, в качестве точки старта используется тройка нуклеотидов 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.

Когда малая субчастица встречает тройку нуклеотидов AUG, она может начать сборку белковой молекулы (инициировать трансляцию), а может и не начать. Это зависит от того, какой набор белков-помощников будет в ее распоряжении. Эти специальные белки так и называются — факторы инициации трансляции (сокращенно — eIF). Они имеют номера: так, у эукариот (организмов с ядром в клетке, к которым также относится человек) один из самых важных факторов — второй (eIF2). Он вместе с транспортной РНК привозит первый «кирпичик» белка — аминокислоту метионин. В конце к малой субчастице рибосомы должна присоединиться еще и большая. Когда все компоненты есть в клетке в нужных количествах, происходит гидролиз (разложение) молекулы гуанозинтрифосфата (ГТФ), что и служит сигналом к началу трансляции. Молекула ГТФ связана с фактором трансляции 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.

«Как оказалось, если гидролиза не произойдет, то малая субчастица проигнорирует стартовый кодон AUG и проскользнет дальше, как ни в чем не бывало. Мы назвали это слайдингом», – говорит Сергей Дмитриев.

Открытие слайдинга опровергает устоявшееся мнение о том, что процесс выбора точки начала трансляции заканчивается на моменте распознавания точки старта синтеза. Решающим событием является не узнавание AUG, а гидролиз ГТФ.
Теги:

Читать еще на Чердаке: