logo

Пользовательского поиска

Sunday 22nd of July 2018

РНК опять потеснили белки: рибопереключатели регулируют клеточный метаболизм

Печать E-mail
Актуальные темы - Вглубь живой материи
15.02.2011 18:24

 

 

Ученым Исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute) удалось пролить свет на молекулярный «переключатель», включающий и выключающий гены в зависимости от энергетического состояния клетки.


Исследование, опубликованное в журнале Nature Structural and Molecular Biology, показывает, что недавно открытые рибонуклеиновые «рибопереключатели» способны выполнять более сложные функции, чем было принято считать. Кроме того, так как рибопереключатели на настоящий момент найдены в основном у бактерий, работа американских исследователей может быть использована в области разработки новых антибиотиков.

«Исследование дает новое представление о том, как одна и та же молекула РНК может интегрировать как положительные, так и отрицательные сигналы клетки», - говорит старший автор статьи Марта Федор (Martha Fedor), доцент и научный сотрудник Института химической биологии Скэггса (Skaggs Institute for Chemical Biology) Института Скриппса. «Оно расширяет известные представления о возможностях рибопереключателей».

Рибопереключатели реагируют на концентрации молекул, образующихся в процессе метаболизма клетки – процессе создания и использования энергии – и тем самым регулируют активность генов. Новое исследование показывает, что рибопереключатель реагирует не на какой-то один метаболит, как было принято считать, а скорее на многие подобные соединения.

Каждый ген служит рецептом для строительства белковой молекулы. Если клетке необходим какой-либо конкретный белок, включается, или транскрибируется в матричную РНК, соответствующий ген – область ДНК. Затем матричная РНК (мРНК) переносит «рецепт» этого белка в производящую белки клеточную молекулярную машину – рибосому.

В течение многих лет ученые считали, что единственными молекулами, способными выполнять в клетке сложные задачи, такие как регуляция активности генов или проведение химических реакций, являются белки. Но за последние два десятилетия накопилось много фактов, свидетельствующих о том, что определенные типы молекул РНК имеют большой опыт в совершении подвигов, достойных их коллег-белков. Примером этому являются рибопереключатели.

Открытые только около восьми лет назад, рибопереключатели представляют собой короткие цепочки РНК, находящиеся внутри матричных РНК, кодирующих участвующие в метаболизме клетки белки. Рибопереключатели связывают определенные метаболиты и, в зависимости от количества данного метаболита, включают или выключают продукцию соответствующих белков.

До сих пор большинство ученых считало, что каждый рибопереключатель проявляет специфичность по отношению к одному конкретному метаболиту. Но новое исследование группы Федор показывает, что он может инкорпорировать сигналы от многих метаболитов одновременно.

Группа Федор изучала функцию одного из типов рибопереключателей, связывающих метаболит, называемый глюкозамин-6-фосфатом. Глюкозамин-6-фосфат - аминосахар, строительный блок многих гликозидов и гликанов, необходимый для создания клеточной стенки и других жизненно важных структур бактериальной клетки.

Этот рибопереключатель находится в матричной РНК, несущей инструкции для синтеза фермента GlmS, ответственного за продукцию глюкозамин-6-фосфата. Известно, что когда глюкозамин-6-фосфата в клетке достаточно, рибопереключатель останавливает синтез фермента GlmS, разрушая себя и его матричную РНК. Это саморазрушение приводит к остановке выработки глюкозамин-6-фосфата. При низкой концентрации глюкозамин-6-фосфата рибопереключатель glmS не разрушается, поддерживая функцию матричной РНК.

Федор и ее аспирант Питер Ватсон (Peter Watson) разработали метод измерения количества переключателя glmS в клетках дрожжей при увеличивающейся в них концентрации глюкозамина. Полученные результаты озадачили ученых.

При выращивании клеток дрожжей в богатом энергией бульоне, содержащем глицерин, 3-углеродный источник энергии, рибопереключатель вел себя так, как от него ожидали, то есть выключал мРНК фермента glmS в ответ на увеличение концентрации глюкозамина. Однако если клетки выращивались в среде, содержащей глюкозу, 6-углеродный источник энергии, рибопереключатель не прибегал к саморазрушению.

«Сначала мы думали, что что-то не в порядке с нашей системой», - комментирует эксперименты Федор.

Но Федор и Ватсон разрешили загадку. Они установили, что рибопереключатель может связывать как глюкозамин-6-фосфат, так и глюкозо-6-фосфат. Связывание глюкозамин-6-фосфата индуцирует саморазрушение рибопереключателя и выключает ген glmS; связывание глюкозо-6-фосфата предотвращает саморазрушение и сохраняет ген glmS во включенном состоянии.

«Ученые сосредоточили свое внимание на способности рибопереключателей узнавать одно соединение, но мы установили, что они, или, по крайней мере, именно этот, могут узнавать несколько соединений», - отмечает Ватсон.

«Когда концентрация глюкозы в клетке высока, энергии в ней достаточно», - объясняет ученый. «При этом клеткам хотелось бы расти и делиться и производить больше глюкозамин-6-фосфата для строительства клеточных стенок. Но когда высоки концентрации глюкозамин-6-фосфата, клетки знают, что нужно остановить дальнейший его синтез».

Функция рибопереключателя glmS, таким образом, зависит от баланса между этими двумя – а возможно и другими – конкурирующими сигналами. «Такой сложный сигналинг давно считается исключительной прерогативой белков», – объясняет Федор. «Это еще один пример функции, принадлежавшей, как считалось, белкам, которую могут выполнять и РНК».

Сейчас Федор и Ватсон проверяют, используется ли именно этот механизм другими рибопереключателями. В отличие от саморазрушающегося переключателя glmS, большинство известных рибопереключателей регулируют активность соответствующих матричных РНК, изменяя их трехмерную структуру в ответ на связывание метаболита. Новая форма предотвращает транскрипцию мРНК или ее трансляцию в белок.

Хотя у человека рибопереключатели еще не найдены, Федор считает, что это лишь дело времени. «Самое замечательное в области изучения РНК - это то, что мы постоянно сталкиваемся с неожиданными открытиями».

 

 

По материалам

Scripps Research Study Sheds Light on RNA «On/Off Switches»

 

Аннотации к статье

The glmS riboswitch integrates signals from activating and inhibitory metabolites in vivo

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday194
mod_vvisit_counterYesterday1222
mod_vvisit_counterThis week194
mod_vvisit_counterLast week7705
mod_vvisit_counterThis month20310
mod_vvisit_counterLast month29238
mod_vvisit_counterAll days4054756

We have: 55 guests, 5 bots online
Your IP: 54.224.83.221
 , 
Today: Июл 22, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.