Как клетки защищают рибосомные белки от теплового шока

Исследователи из Чикагского университета впервые визуализировали в реальном времени, как клетки защищают «сиротские» рибосомные белки от агрегации во время теплового шока.

Тепловой шок — классическая модель биологической адаптации, при которой клетки (от дрожжей до человека) отключают энергозатратные процессы для выживания в стрессовых условиях. Производство рибосом — одна из первых остановленных функций.

Проблема: При остановке синтеза рибосом в клетке ежесекундно остаются миллионы новосинтезированных, но не собранных в зрелые рибосомы «сиротских» рибосомных белков. Они уязвимы для неправильного сворачивания и образования агрегатов.

Новый метод: Учёные под руководством Дэвида Пинкуса и Асифа Али (Nature Cell Biology, 16 октября 2023) применили комбинацию методов:

• 4D-визуализация световым листом для съёмки процессов в живых клетках.
• Импульсное мечение HaloTag для селективного окрашивания только новых сиротских белков (в отличие от GFP, который подсветил бы все зрелые рибосомы).

Открытие: В ответ на тепловой шок клетки собирают сиротские рибосомные белки в жидкоподобные конденсаты (биомолекулярную «слизь») рядом с ядрышком. Молекулярные шапероны «перемешивают» белки внутри этих капель, поддерживая их жидкое состояние и предотвращая агрегацию.

Восстановление: После окончания стресса шапероны помогают диспергировать конденсаты, позволяя сиротским беллам быстро интегрироваться в функциональные рибосомы. Это даёт клетке энергоэффективный быстрый рестарт синтеза белка.

• Клетки, не способные поддерживать жидкое состояние конденсатов, отстают в восстановлении на 10 поколений.

Значение: Механизм «перемешивания» для предотвращения агрегации может быть фундаментальным для клеточного здоровья.

«Если вещества жидкие и подвижные — это здоровое состояние. Когда начинается засорение и образование агрегатов — это патология», — отметил Дэвид Пинкус.

Дальнейшие планы: Использование крио-электронной томографии для изучения внутренней структуры конденсатов на атомном уровне и понимания, как организованы белки для быстрого возобновления работы.