Локализация, локализация, локализация: исследование раскрывает скрытую силу внутриклеточных "районов"

Новое исследование, опубликованное в Molecular Cell, раскрывает детали скрытой организации цитоплазмы — "супа" из жидкости, органелл, белков и других молекул внутри клетки. Работа показывает, что место в этой клеточной среде, где матричная РНК (mRNA) транслируется в белки, имеет огромное значение.

"Это как в старом правиле недвижимости: 'место, место, место'. Оказывается, оно применимо и к тому, как белки производятся внутри клеток", — говорит доктор Майр. — "Если трансляция происходит здесь, вы получите в два раза больше белка, чем если она происходит там".

Это первое в своем роде исследование подчеркивает, в какой степени цитоплазма "прекрасно организована", а не является просто хаотичной смесью.

Полученные знания не только проливают новый свет на фундаментальную клеточную биологию, но и перспективны для увеличения или изменения производства белков в mRNA-вакцинах и терапиях.

Изучение трансляции в трех локациях клетки

Исследователи показали, что mRNA разной длины и формы тяготеют к определенным "районам". Если перенаправить их в другое место, это может сильно повлиять на количество производимого белка и его функцию.

• На поверхности эндоплазматического ретикулума (ЭР): здесь транслируются не только белки мембран и секретируемые белки, но и около 15% mRNA, кодирующих немембранные белки (крупные и высокоэкспрессируемые).
• В цитозоле (жидкой части цитоплазмы): здесь обычно транслируются mRNA, кодирующие очень маленькие белки.
• В TIS-гранулах: здесь транслируются mRNA, кодирующие факторы транскрипции. Эти безмембранные компоненты, открытые лабораторией Майр в 2018 году, образуют сеть, связанную с ЭР.

Расшифровка кода

Ключевую роль в процессе локализации играет 3′ нетранслируемая область (3′ UTR) — "хвост" mRNA. Он необходим для связывания с RNA-связывающими белками, чтобы mRNA попала в правильный район для трансляции.

Главным сюрпризом стало то, что RNA-связывающие белки играют вторичную, а не первичную роль. Сортировка по умолчанию основана на общем размере и форме mRNA. Однако связывание с белком может переопределить это правило и перенаправить mRNA.

"Наши данные показывают, что если mRNA транслируется в TIS-гранулах, результирующий белок будет выполнять одну функцию, а если вне гранул — другую. Так один белок у высших организмов может иметь более одной функции", — объясняет доктор Майр.

К будущим применениям

Команда изучила белок MYC (известный онкоген). Было обнаружено, что некоторые белковые комплексы MYC формируются только тогда, когда его mRNA транслируется в гранулах, а не в цитозоле.

"Наши результаты показывают, что у этих "районов" есть важная биологическая значимость, даже если только около 20% mRNA транслируется в TIS-гранулах".

Эти идеи предполагают, что mRNA можно целенаправленно направлять для достижения разных функций и регулирования количества производимого белка.

"Мы надеемся, что в будущем сможем создавать более умные лекарства, производя больше или меньше определенного фактора, а также манипулируя его функцией", — заключает доктор Майр.