Ученым стала более понятна работа крошечного двигателя, выполняющего одну из самых важных биологических функций. С помощью сверхмощного источника рентгеновского излучения Advanced Light Source – синхротрона Национальной лаборатории Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Министерства энергетики США – расшифрована молекулярная структура клеточного механизма, осуществляющего экспорт матричной РНК из ядра клетки.
Матричная РНК (мРНК) передает генетическую информацию из ядра в цитоплазму, где на ее основе синтезируются белки – «рабочие лошадки» биологии. Однако ключевой белковый комплекс, помогающий переносить матричную РНК из ядра, был до сих пор изучен недостаточно.
«Наше исследование описывает, как этот белковый комплекс работает на молекулярном уровне», - говорит Бен Монпети (Ben Montpetit), постдокторант лаборатории Карстена Вайса (Karsten Weis), Университет Калифорнии, Беркли (University of California, Berkeley), США.
Ученые исследовали белокDbp5, ассоциированный с ядерной мембраной клеток грибов, растений и животных. В этих организмах он изменяет форму матричной РНК, что является одним из звеньев цепочки событий, необходимых для ее экспорта из ядра клетки.
Молекулярный механизм, осуществляющий экспорт матричной РНК из ядра клетки в цитоплазму. На этом изображении белкиDbp5 (сине-серый) и Gle1 (желтый) связаны гексакисфосфатом инозитола (IP6) (цветные сферы). (Изображение: Karsten Weis’ and James Berger’s labs)
Но это только верхушка айсберга. Белок Dbp5 относится к классу ферментов, называемых DEAD-box АТФазами, выполняющих жизненно важную функцию ремоделирования РНК во всех живых организмах – от человека до деревьев и одноклеточных бактерий.
«DEAD-box белки сохранены у всех биологических видов, поэтому знание того, как они работают в данном случае, проливает свет на их функции повсюду в природе», - поясняет Монпети.
Чтобы расшифровать структуру белка Dbp5 дрожжевых клеток на ключевых этапах работы фермента – когда он активируется другим белком, Gle1, и когда связывается с РНК – ученые использовали синхротрон. Структуры были получены с разрешением от 1 до 4 ангстрем (1 ангстрем равен диаметру атома водорода).
Среди наиболее интересных открытий – роль молекулы, которая, как было известно, участвует в транспорте РНК, но чья точная функция оставалась загадкой. Ученые установили, что эта молекула, называемая гексакисфосфатом инозитола (inositol hexakisphosphate, IP6), связывает Gle1 с Dbp5. Это стабилизирует оба белка на время, достаточное для того, чтобы Gle1 активировал Dbp5.
«IP6 действует как молекулярный клей», - объясняет Монпети. «Это один из первых примеров малой эндогенной молекулы, связывающей большие белковые. Зная это, ученые теперь могут продумать, как можно использовать молекулу IP6 для регуляции экспорта матричной РНК в различных условиях, например, при ответе на стресс».
Исследование углубит понимание класса редких, но тяжелых заболеваний, называемых летальными врожденными синдромами контрактур. Вызывающие их мутации обнаружены в генах, кодирующих как Gle1, так и IP6. Теперь, когда роль белка Gle1 в транспорте мРНК раскрыта более глубоко, открываются перспективы для разработки методов лечения, мишенью которых будет его функция.
Модель белкового комплекса в действии: Gle1 (желтый) связывает Dbp5 (зеленый и сине-серый), в результате чего Dbp5 высвобождает РНК (оранжевая). (Видео: Karsten Weis’ and James Berger’s labs)
Исследование, проведенное совместно с биохимиками Натаном Томсеном (Nathan Thomsen) и Джеймсом Бергером (James Berger), также из Университета Калифорнии, Беркли, опубликовано он-лайн в журнале Nature.