Исследование раскрывает, как рибосомы преодолевают блокады

Рибосомы — это "белковые фабрики" в клетках всех живых существ. Они производят белки на основе существующих генетических кодов, хранящихся на специальных молекулах нуклеиновых кислот. Эти молекулы, называемые матричной РНК (mRNA), считываются рибосомами пошагово. Определенные стартовые и стоп-сигналы на mRNA управляют этим процессом. Если стоп-сигнал отсутствует, формирование белка не может быть завершено, и рабочий режим рибосомы блокируется.

До сих пор не было до конца понятно, как рибосома может преодолеть такую блокаду. В центре этого ремонтного процесса, называемого Trans-Translation, находится дополнительная молекула нуклеиновой кислоты (tmRNA), объединяющая характеристики mRNA и другой молекулы — транспортной РНК (tRNA). tRNA переносит правильные аминокислоты к соответствующей генетической последовательности на mRNA во время биосинтеза белка. Таким образом, молекула tmRNA способна "пронести" недостающий стоп-сигнал и снять блокаду. Однако никогда не было точно ясно, как эта крупная молекула tmRNA проходит через рибосому и доставляет свою информацию в mRNA-канал рибосомы.

Этот процесс впервые удалось зафиксировать с помощью крио-электронной микроскопии. Этот метод позволяет исследовать пространственное и хронологическое взаимодействие между отдельными компонентами макромолекул. Для этого рибосомы мгновенно замораживают в жидком этане при -192°C, а затем сотни тысяч двумерных изображений преобразуют обратно в трехмерную реконструкцию.

"С помощью крио-электронной микроскопии удалось получить уникальный взгляд на центральный ключевой этап взаимодействия между рибосомой, tmRNA, специальным белком (SmbP) и фактором элонгации G", — пояснил Дэвид Рамрат, докторант Института медицинской физики и биофизики Charité и ведущий автор исследования.

mRNA-канал, в который tmRNA должна доставить недостающую информацию, проходит прямо через центр рибосомы, между так называемыми головным и основным доменами малой рибосомной субъединицы. Структурный анализ показал, что сотрудничество между рибосомой и tmRNA в случае необходимого ремонта возможно только благодаря изменению конформации — кратковременному и неожиданно большому поворотному движению головного домена рибосомы.