Команда исследователей из Цюриха во главе с профессорами Nenad Ban (Ненад Бан) и Ruedi Aebersold изучили весьма сложную молекулярную структуру миторибосом, которые являются рибосомами митохондрий. Все живые организмы в своих клетках имеют рибосомы. Тем не менее, клетки высших организмов (эукариоты – грибы, растения, животные и люди) содержат гораздо более сложные рибосомы, чем бактерии. У эукариотов рибосомы находятся в цитозоле и в митохондриях. Митохондрии встречаются только у эукариот.
Рибосомы служат транспортом для перевода генетического кода и синтезируют белки на основе информации, хранящейся в ДНК. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц: маленькой и большой. Меньшие субъединицы используются для передачи рибонуклеиновых кислот (РНК-переносчика или транспортного РНК) для декодирования генетического кода, в то время как большие субъединицы соединяют аминокислоты, поставленные РНК-переносчиком вместе, которые нанизываются подобно нитке жемчуга.
Митохондриальные рибосомы очень трудно изучить, так как они встречаются только в небольших количествах и их трудно выделить. В начале года ETH исследователи изучили молекулярную структуру большой субъединицы миторибосом в клетках млекопитающих с разрешением 4,9 Å (менее 0,5 нм). Однако эти данные не были полностью информативными, чтобы построить полную атомную модель этой ранее неизвестной структуры. В новом исследовании ученым под руководством профессора Nenad Ban удалось отобразить всю структуру миторибосом с разрешением 3,4 Å (0,34 нм). Исследователи недавно опубликовали свои выводы в научном журнале Nature.
Ученые использовали криоэлектронный микроскоп с высоким разрешением, который может захватывать изображения биомолекул размером менее четырех ангстрем.
В частности, учёным удалось изучить детали пептидилтрансферазного центра (ПTЦ), где объединяются аминокислоты. Белки, синтезированные таким образом, затем проходят через туннель, где они соединяются с большой субъединицей рибосомы.
Этот туннель является мишенью для некоторых антибиотиков. Антибиотики застревают в туннеле и препятствуют белкам передвигаться, которые только что были синтезированы в туннелях. Таким образом, антибиотики ингибируют синтез белка в рибосомах бактерий.
«Антибиотики не должны атаковать человеческие рибосомы. Они должны ингибировать только синтез белка в бактериальных рибосомах. Проблема в том, что митохондриальные рибосомы бактерий очень схожи с человеческими, поэтому некоторые антибиотики также атакуют человеческие миторибосомы. Это может привести к серьезным побочным эффектам», – объясняет Greber.
Выводы исследователей позволят в будущем разработать новые классы антибиотиков, которые подавляют только бактериальный синтез белка и не затрагивают человеческие митохондриальные рибосомы. Это одно из основных требований для их использования в клинической практике.
Исследователи ETH также сделали неожиданное открытие. Они обнаружили, что миторибосомы используют два разных пути для передачи РНК. Во-первых, используется РНК, чтобы выбрать правильную аминокислоту для синтеза пептидов в ПТЦ. Во-вторых, РНК является неподвижной частью конструкции, в отличие от всех остальных рибосом. Это первый случай, когда ученые обнаружили, что митохондриальная рибосома внедряет новые белки, чтобы развиваться.
«Это свидетельствует о большой эволюционной пластичности миторибосом», – подчеркнул Greber.
В настоящее время ученые пытаются определить структурное строение меньших субъединиц митохондриальной рибосомы.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Greber, Basil J.; Boehringer, Daniel; Leibundgut, Marc; Bieri, Philipp; Leitner, Alexander et al. (2014) The complete structure of the large subunit of the mammalian mitochondrial ribosome // Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
