Стрессовые гранулы в клетках оказались местом синтеза белка

Как и люди, клетки испытывают стресс. Внезапное падение уровня кислорода, перегрев или токсины запускают каскад молекулярных изменений, заставляющих клетки прекращать рост, вырабатывать защитные факторы и формировать стрессовые гранулы — скопления белков и молекул РНК, образующие органеллы без мембраны. Хотя функция стрессовых гранул в значительной степени неизвестна, долгое время считалось, что они содержат только те РНК, которые не транслируются в белки. Новое исследование опровергает эту идею, показывая, что матричные РНК (мРНК) внутри стрессовых гранул действительно могут производить белки.

мРНК — это одноцепочечные молекулы РНК, которые транскрибируются с ДНК в ядре (у эукариот) и затем транспортируются в цитозоль, где транслируются в белки. Во время клеточного стресса многие мРНК скапливаются внутри стрессовых гранул, что заставляло учёных полагать, что их трансляция останавливается, когда клетка находится под угрозой.

Чтобы выяснить, что происходит с мРНК внутри этих органелл, исследователи из группы Джеффри Чао под руководством постдока Даниэля Матею наблюдали за отдельными молекулами РНК, взаимодействующими со стрессовыми гранулами в живых клетках в условиях стресса. Для этого они пометили стрессовые гранулы и отдельные молекулы мРНК флуоресцентными метками. Благодаря инновационному инструменту мечения антител SunTag исследователи также могли визуализировать белки в процессе их синтеза с точностью до одной молекулы.

Используя этот подход, Матею и коллеги обнаружили, что даже когда мРНК стабильно локализована внутри стрессовой гранулы, она всё ещё может транслироваться в белки. Хотя трансляция большинства мРНК подавляется во время стресса, специфические гены (например, ATF4), необходимые для запуска стрессового ответа, усиливают свою трансляцию в этих условиях. Используя ATF4-SunTag в качестве модельной транскрипции, они обнаружили, что её трансляция в стрессовых гранулах не является редким событием и что весь цикл трансляции (инициация, элонгация, терминация) может происходить в стрессовых гранулах. Кроме того, они получили доказательства, что мРНК, чья трансляция подавляется во время стресса, также могут подвергаться трансляции в стрессовых гранулах.

«Наши результаты демонстрируют, что локализация мРНК в стрессовых гранулах совместима с трансляцией, и свидетельствуют против прямой роли стрессовых гранул в ингибировании синтеза белка», — говорит Матею, первый автор исследования.

Результаты пролили свет на беспрецедентные детали клеточного стрессового ответа. Возможность визуализировать эти процессы на уровне одной молекулы может помочь лучше понять функции безмембранных органелл и других скоплений молекул, называемых биомолекулярными конденсатами, которые, как считается, регулируют широкий спектр биологических процессов.