Исследование раскрывает ключевой внутренний механизм контроля «умного клея» клетки

Ученые из Детской исследовательской больницы Сент-Джуд обнаружили, что белок, критически важный для процесса жидкофазного разделения внутри клетки, претерпевает внутренние конформационные изменения, ключевые для его функции.

Этот белок, нуклеофосмин, действует как «умный клей» в структуре под названием ядрышко внутри клеточного ядра. В ядрышке нуклеофосмин помогает организовывать и регулировать сборку рибосом — биологических машин, которые собирают белки, используя свою РНК в качестве генетической инструкции.

Нуклеофосмин критически важен для жидкообразной структуры ядрышка, которое является безмембранным органеллом. В отличие от таких структур, как ядро, ядрышко не окружено мембранами. Вместо этого оно и подобные органеллы динамически формируются, смещаются и сливаются.

Исследование, описывающее «самовзаимодействие» нуклеофосмина, было опубликовано 26 февраля в журнале Nature Communications группой под руководством Ричарда Кривацки, доктора философии, из Департамента структурной биологии Сент-Джуд.

В более ранних работах Кривацки и коллеги обнаружили, как нуклеофосмин связывается с белками и РНК, способствуя фазовому разделению и сборке рибосом. Однако их исследования намекали, что «гетеротипичные» взаимодействия нуклеофосмина — с другими белками и РНК — не полностью объясняли, как функционирует его внутренне неупорядоченная область.

«Результаты не соответствовали нашей предыдущей модели того, как этот домен опосредует фазовое разделение, — сказал Кривацки. — Это привело нас к альтернативной гипотезе, что эта область претерпевает конформационные изменения и взаимодействует сама с собой».

В дальнейших экспериментах первый автор Диана Митриа, доктор философии, исследовала этот загадочный механизм.

Эксперименты показали, как внутренне неупорядоченная область изменяется по мере сборки рибосом и изменения состава ядрышка. Эти изменения увеличивали гомотипичные взаимодействия — внутри самой молекулы нуклеофосмина. Исследование также раскрыло, как нуклеофосмин взаимодействует с другим белком SURF6. Ученые обнаружили, что SURF6 выступает партнером нуклеофосмина в создании и поддержании рыхлого каркаса, который удерживает вместе жидкое ядрышко.

«Как только мы это осознали, это самовзаимодействие не показалось таким уж удивительным, потому что другие изученные нами неупорядоченные белки также подвергались фазовому разделению через такие гомотипичные реакции», — отметил Кривацки.

Эксперименты выявили важные новые детали механизма, с помощью которого «умный клей» нуклеофосмин меняет свою внутреннюю конформацию, пока жидкообразное ядрышко облегчает сборку рибосом. На ранней стадии процесса его основная задача — направлять РНК и белки для сборки рибосом. Но когда молекула «клея» передает свой груз по мере формирования рибосом, она гомотипически перестраивается, чтобы взаимодействовать с другими такими же молекулами.

Это сшивание молекул нуклеофосмина представляет собой своего рода буферизацию, при которой нуклеофосмин помогает поддерживать жидкую консистенцию ядрышка. В этом буферировании гомотипический механизм конкурирует с гетеротипическими механизмами нуклеофосмина, с помощью которых он присоединяется к РНК и белкам для помощи в сборке рибосом.

По словам Кривацки, понимание роли нуклеофосмина в ядрышке даст более широкое представление о механизме фазового разделения в других безмембранных органеллах клетки.

Исследование также может иметь важные клинические последствия, например, для понимания молекулярной основы бокового амиотрофического склероза (БАС). Молекулярный биолог Сент-Джуд и глава Департамента клеточной и молекулярной биологии Дж. Пол Тейлор, доктор медицины и философии, идентифицировал аномальный строительный блок безмембранных органелл, называемых стрессовыми гранулами, который лежит в основе БАС. Кривацки и его коллеги работают над тем, чтобы понять, как эта аномалия связана с функцией нуклеофосмина в ядрышке. Ранее доктора Тейлор и Кривацки сообщали, что другая аномалия, связанная с БАС — экспрессия так называемых токсичных дипептидных повторов — влияет на ядрышковую функцию нуклеофосмина и ингибирует сборку рибосом.

Кроме того, мутации в нуклеофосмине являются наиболее частыми молекулярными аномалиями при остром миелоидном лейкозе у взрослых. В будущих исследованиях Кривацки и коллеги планируют изучить, как аномальный нуклеофосмин способствует развитию лейкемии.