​Ученые определили роль нового семейства белков, связанных с раком и аутизмом. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Molecular Cell. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).  

Чтобы наш организм нормально работал, клетки должны постоянно производить новые белки, руководствуясь при этом заложенной в нас генетической программой. Белки – это цепочки аминокислот, которые синтезирует специальная молекулярная машина, рибосома. Последовательность аминокислот закодирована в матрице, которой служит молекула матричной РНК (мРНК), а сам процесс синтеза-раскодирования называется трансляцией. Чтобы синтезировать правильный белок, рибосома должна связаться с мРНК, найти правильное место для начала синтеза, затем «прочитать» всю кодирующую часть и освободить готовый белок. Все эти стадии трансляции изучены относительно неплохо, но вот что происходит с рибосомой после того, как она закончила свою работу, оставалось малопонятным.

Чтобы выяснить это, ученые из США и России изучили семейство белков, в которое входят продукт онкогена (гена, который может стимулировать образование опухоли) MCT-1, его партнер DENR, связанный с аутизмом, и фактор трансляции eIF2D.

«Фактор eIF2D был открыт нами еще в 2010 году, — рассказывает Сергей Дмитриев, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ и Института молекулярной биологии РАН. — Мы охарактеризовали его биохимическую активность, однако четкого понимания роли, которую играет этот белок в жизни клетки, у нас на тот момент не было. С тех пор появилось несколько очень сильных публикаций зарубежных коллег, из которых следовало, что eIF2D и два других похожих на него фактора, MCT-1 и DENR, могут быть задействованы в прочтении особого класса мРНК. У этих мРНК, помимо основной кодирующей части, в которой зашифрован главный белок, есть еще предшествующие ей короткие дополнительные рамки считывания, так называемые uORF».

Такие uORF также может читать рибосома. Во многих случаях это мешает рибосоме попасть на главную кодирующую часть. Короткие uORF есть примерно в половине человеческих мРНК, поэтому было важно понять возможную роль eIF2D, MCT-1 и DENR в их трансляции. Ученые не могли определить точную функцию и разобраться в механизме работы этих факторов у человека. 

«Тогда мы обратились к более простым организмам, дрожжам, — говорит соавтор статьи Десислава Макеева. — Мы работали с дрожжевыми штаммами, у которых отсутствовали гены этих факторов. Наши партнеры из Национального института здоровья США применили к ним метод рибосомного профайлинга, позволяющий системно проанализировать трансляцию в мутантных клетках, а мы взяли на себя биохимическую часть».

 

Фото: рибосомы, читающие мРНК с короткой рамкой uORF. Источник: Сергей Дмитриев

Метод рибосомного профайлинга основан на высокопроизводительном секвенировании (определении нуклеотидной последовательности) миллионов маленьких кусочков мРНК, покрытых читающими их рибосомами. Эта революционная техника позволяет увидеть полную картину биосинтеза белка, происходящего в клетке в какой-то интересующий нас момент времени. Иными словами, сделать как бы «фотоснимок» трансляции всех мРНК, которые читаются в тех или иных условиях, и для каждой определить интенсивность этого процесса.

«В нашей лаборатории мы используем эту методику для изучения трансляции в клетках млекопитающих, — объясняет Сергей, — а наши американские коллеги применили ее к дрожжам. Однако данные, полученные с помощью таких системных подходов, надо непременно проверять классическими методами, чтобы избежать неверных интерпретаций. Для такой верификации мы использовали бесклеточные трансляционные системы: готовили экстракты клеток дрожжей, добавляли в них синтезированные в пробирке мРНК и наблюдали, сколько продукта синтезируется с них в случае дрожжевых штаммов с мутациями в том или ином гене».

В результате этого сотрудничества ученым удалось выяснить, что факторы eIF2D, MCT-1 и DENR необходимы для своевременного отсоединения рибосомы от мРНК по окончании ее прочтения. А в тех случаях, когда мРНК содержит uORF, отсутствие факторов нарушает еще и трансляцию основной кодирующей части и ведет к увеличению производства главного белка. По-видимому, онкогенный потенциал MCT-1, а также нарушение процесса созревания нейронов при мутациях в гене DENR связаны именно с ролью этих факторов в трансляции uORF-содержащих мРНК, многие из которых кодируют важные регуляторы клеточных процессов.

В исследовании приняли участие ученые из Национального института здоровья (США), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Института белка РАН и Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.

Похожие новости

  • 14/09/2018

    Ученые создали белки, свойства которых можно изменять светом

    ​Исследователи разработали флуоресцентные белки, свойствами которых можно управлять с помощью оранжевого и зеленого света. Эти белки помогут ученым исследовать процессы жизнедеятельности в живых клетках.
    215
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    453
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    361
  • 29/10/2018

    Биологи из России научились предсказывать нашествия вредителей

    ​Российские ученые выяснили, как можно "прочитать" историю борьбы отдельных растений с вредителями и предсказать будущие атаки насекомых, анализируя структуру их древесины. Их выводы были представлены в журнале Dendrochronologia.
    87
  • 08/06/2018

    Ученые избавили клетки от «кислородного стресса»

    Российские ученые совместно с британскими коллегами предложили технологию, позволяющую анализировать живые ткани и клетки под микроскопом. Метод позволит проводить экспресс-анализ токсичности магнитных наночастиц размером около 10 нанометров, которые применяются для создания противоопухолевых препаратов.
    337
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    164
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    242
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    934
  • 11/05/2018

    Российские ученые улучшат препараты для генной терапии

    ​Российские молекулярные биологи разработали новую технологию ввода в клетки генной терапии, изучив, как миниатюрные жировые капсулы взаимодействуют с нитями ДНК. Рецепт по сборке наношприца опубликован в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
    357
  • 20/08/2018

    Ученые установили, что на результат химиотерапии влияет процесс разрушения митохондрий

    ​Программируемое разрушение митохондрий, «энергетических станций» клеток, пределяет ответ опухолевых клеток на химиотерапию. Также этот процесс влияет на различные виды гибели клеток, такие как апоптоз и аутофагия.
    303