Устройство ключевой молекулярной машины клетки впервые показали в деталях
Учёные из Медицинской школы UNC, Колумбийского и Рокфеллеровского университетов раскрыли внутреннее устройство одной из самых фундаментальных и важных молекулярных машин в клетках.
В исследовании, опубликованном в Science, с помощью биохимических экспериментов и криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) была определена атомная структура комплекса молекул, известного как машина процессинга 3'-конца гистоновой мРНК. Эта машина играет ключевую роль в правильной активности и удвоении генома клетки, а её дефекты могут приводить к заболеваниям человека, включая рак.
Машина отвечает за отрезание — в строго определённом месте — мРНК-транскрипта, скопированного с гена гистона и кодирующего соответствующий гистоновый белок. Она выполняет важнейшую роль в производстве гистонов, которое резко возрастает при делении клетки и репликации её ДНК. Структура показывает, как машина активируется только после связывания с гистоновой мРНК, предотвращая расщепление других РНК.
«Эта структура даёт первые атомарные представления о критическом клеточном процессе и прекрасно объясняет большой объём существующих знаний об этом механизме», — сказал старший автор Лян Тонг, профессор Колумбийского университета. «Элегантная амфороподобная форма механизма — неожиданный бонус. Структура также даёт ценную информацию о других машинах процессинга 3'-конца РНК, поскольку они имеют общие ключевые компоненты с гистоновой машиной».
Особый хвост
Для производства любого белка специальные ферменты транскрибируют информацию гена в форме РНК. Машина процессинга 3'-конца должна затем разрезать эту цепь РНК в правильном месте, чтобы превратить её в матричную РНК (мРНК), которая затем транслируется в белок.
мРНК для практически всех белков обрабатываются одним типом машины, которая добавляет им специальный «хвост». Транскрипты гистонов в клетках животных, кодирующие гистоновые белки, необходимые для деления клетки, обрабатываются другой машиной, которая их отрезает, но не добавляет хвоста. Именно эту машину и удалось изучить в данном прорывном структурном исследовании.
Каноническая и гистоновая машины процессинга состоят более чем из десятка индивидуальных белков и молекул РНК. Некоторые элементы встречаются в обеих машинах, что указывает на общее эволюционное происхождение. Поскольку гистоновая машина содержит те же три ключевых белка, что и каноническая, включая белок, непосредственно разрезающий РНК, процесс активации, вероятно, сходен, хотя способы распознавания мишеней различаются.
Амфора
Структура машины напоминает амфору с одной длинной ручкой. Анализ cryo-EM также показал, как машина распознаёт гистоновую РНК и разрезает её в строго определённом месте.
«Она детектирует два элемента цепи РНК, и только при их наличии режущее устройство в этой машине, так сказать, обнажает свои лезвия», — пояснил Збигнев Доминьски, профессор UNC. «Здесь нет случайности, она расщепляет только то, что должна расщеплять, и исследование прекрасно это демонстрирует».
Решение структуры этого комплекса стало кульминацией почти 40 лет исследований ряда лабораторий. «Это более или менее конец пути в понимании того, как работает эта машина», — сказал Доминьски. «Мы довольно чётко разрешили это в данном исследовании, и это приятное чувство».