Чертеж для белков: как мРНК приобретает окончательную форму

Для создания в человеческих клетках «матричной РНК» (мРНК) из молекулы-предшественника белки должны взаимодействовать сложным образом. мРНК служит чертежом для белков; первые вакцины против коронавируса также основаны на мРНК. Команда из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Института биохимии Макса Планка (MPI) в Мартинсриде обнаружила, как точно работает важнейший заключительный этап производства мРНК. Исследование опубликовано в Genes & Development.

Белки отвечают за все основные процессы в организме. Гены в человеческом геноме, в некотором смысле, являются для них инструкцией по сборке. Однако перед созданием новых белков необходим промежуточный шаг: «Сначала ДНК должна быть транскрибирована: производится цепочечная пре-мРНК, которая является точной копией ДНК. Из нее в несколько этапов создается зрелая мРНК. Этот процесс необходим клетке для построения новых белков», — говорит биохимик профессор Эльмар Вале из MLU, руководивший командой вместе с профессором Еленой Конти, экспертом по структурной биологии в MPI.

В этом сложном процессе нет места ошибкам — даже малейшие изменения в структуре белка могут нарушить его функцию и привести к развитию заболеваний. «мРНК определяет не только структуру белка, но и то, сколько его будет произведено. Поэтому важно, чтобы ее структура также точно контролировалась», — добавляет Вале. Белки, участвующие в считывании и транскрипции ДНК в пре-мРНК, уже известны ученым. Однако один важный подэтап в процессе создания зрелой мРНК до сих пор был понятен лишь в общих чертах. Сначала цепи предшественников мРНК расщепляются в определенной точке для создания однородных продуктов. Затем к одному концу цепи присоединяется длинная молекулярная цепь — так называемый поли(А)-хвост. Это предотвращает немедленную деградацию мРНК в клетках и также важно для синтеза белка.

Исследователи из Галле и Мартинсрида объединили усилия, чтобы более пристально изучить эти заключительные этапы производства мРНК. Для этого команда из MLU сначала воссоздала процесс в пробирке. Ученым нужно было выбрать правильные белки из пула 80 возможных кандидатов. Их нужно было смешать с пре-мРНК в правильном соотношении, прежде чем обе реакции могли произойти. Исследователи из MPI изучили процесс более детально с помощью криоэлектронной микроскопии. «Мы, по сути, воспроизвели условия в нормальной клетке, хотя естественный процесс, вероятно, еще сложнее», — объясняет Вале. В создании конечных молекул участвуют шестнадцать белков. «Процесс универсален, затрагивает каждую клетку и каждую молекулу мРНК в организме», — говорит Феликс Сандмейр из MPI.

В качестве примечания, процесс, используемый для производства вакцин Pfizer/Biontech и Moderna, гораздо проще: «мРНК создается по тому же принципу, но, в отличие от человеческой клетки, используются очень простые ферменты, и можно избежать сложного преобразования предшественника в зрелую мРНК», — говорит Вале.