Белки – фундаментальные строительные блоки и «рабочие лошадки» клетки, выполняющие практически все жизненно важные функции. Часто для реализации этих функций белки объединяются в более сложные структуры – белковые комплексы. Долгое время в научном сообществе преобладало мнение, что сборка этих комплексов происходит уже после того, как отдельные белки полностью синтезированы – этот процесс называли пост-трансляционной сборкой.
Однако недавнее исследование, проведенное учеными из Университета Женевы (UNIGE), Института Вейцмана и Техниона (Израильский технологический институт), бросает вызов этому устоявшемуся представлению. Результаты этой работы, опубликованные в журнале Cell, демонстрируют, что формирование многих белковых комплексов начинается непосредственно в процессе синтеза белка – это явление получило название ко-трансляционной сборки.
Исследователи выяснили, что белки, участвующие в ко-трансляционной сборке, часто отличаются нестабильностью в изолированном состоянии. Они подобны «паре, в которой каждый партнер поддерживает другого», – как образно выразился Саурав Маллик, исследователь из Института Вейцмана и один из первых авторов статьи. Иными словами, такие белки обретают стабильность и функциональность только при объединении со своими партнерами.
Для понимания механизма, лежащего в основе различий между ко- и пост-трансляционной сборкой, ученые провели структурный анализ белков. Оказалось, что белки, собирающиеся ко-трансляционно, характеризуются ранним экспонированием участков связывания, необходимых для взаимодействия с другими белками. Это позволяет им начать процесс сборки еще на стадии синтеза, когда белок только «рождается» на рибосоме – клеточной «машине», производящей белки, считывая инструкции с молекул матричной РНК (мРНК).
Для разработки прогностической модели, позволяющей предсказывать тип сборки белкового комплекса (ко- или пост-трансляционный), исследователи использовали обширные базы данных структурных данных, включая структуры, предсказанные искусственным интеллектом AlphaFold. В разработке модели активное участие приняли Йоханнес Венециан и Арсений Лобов, также являющиеся первыми авторами исследования. Биоинформатический анализ выявил ключевые структурные особенности, отличающие белки, участвующие в различных типах сборки.
Эммануэль Леви, профессор факультета наук отделения молекулярной и клеточной биологии UNIGE, руководивший исследовательской группой в Женеве и ранее работавший в Институте Вейцмана, подчеркивает важность нового открытия. Айала Шибер, профессор Техниона, возглавлявшая исследовательскую группу в Технионе, также внесла значительный вклад в эту работу. Их совместные усилия позволили пролить свет на фундаментальные процессы клеточной биологии.
Открытие ко-трансляционной сборки имеет далеко идущие последствия для понимания механизмов различных заболеваний, связанных с нарушениями сборки белковых комплексов. Ошибки в этом процессе могут приводить к неправильному сворачиванию белков и их агрегации, что лежит в основе многих патологий, включая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, и некоторые виды рака. Нестабильные белки, не нашедшие своих партнеров в процессе ко-трансляционной сборки, могут приобретать неправильную форму и подвергаться деградации, нарушая нормальное функционирование клетки.
Понимание механизмов ко-трансляционной сборки открывает новые перспективы для разработки терапевтических подходов к лечению заболеваний, связанных с ошибками в сборке белков. Коррекция этих ошибок на ранних этапах формирования белковых комплексов может стать ключом к созданию новых эффективных методов лечения. Использование прогностической модели, разработанной в ходе исследования, может помочь в идентификации белков, участвующих в ко-трансляционной сборке, и разработке лекарственных препаратов, направленных на стабилизацию этих процессов. Таким образом, новое открытие не только расширяет наши фундаментальные знания о жизни клетки, но и приближает нас к созданию новых методов борьбы с тяжелыми заболеваниями.
Изображение носит иллюстративный характер
Однако недавнее исследование, проведенное учеными из Университета Женевы (UNIGE), Института Вейцмана и Техниона (Израильский технологический институт), бросает вызов этому устоявшемуся представлению. Результаты этой работы, опубликованные в журнале Cell, демонстрируют, что формирование многих белковых комплексов начинается непосредственно в процессе синтеза белка – это явление получило название ко-трансляционной сборки.
Исследователи выяснили, что белки, участвующие в ко-трансляционной сборке, часто отличаются нестабильностью в изолированном состоянии. Они подобны «паре, в которой каждый партнер поддерживает другого», – как образно выразился Саурав Маллик, исследователь из Института Вейцмана и один из первых авторов статьи. Иными словами, такие белки обретают стабильность и функциональность только при объединении со своими партнерами.
Для понимания механизма, лежащего в основе различий между ко- и пост-трансляционной сборкой, ученые провели структурный анализ белков. Оказалось, что белки, собирающиеся ко-трансляционно, характеризуются ранним экспонированием участков связывания, необходимых для взаимодействия с другими белками. Это позволяет им начать процесс сборки еще на стадии синтеза, когда белок только «рождается» на рибосоме – клеточной «машине», производящей белки, считывая инструкции с молекул матричной РНК (мРНК).
Для разработки прогностической модели, позволяющей предсказывать тип сборки белкового комплекса (ко- или пост-трансляционный), исследователи использовали обширные базы данных структурных данных, включая структуры, предсказанные искусственным интеллектом AlphaFold. В разработке модели активное участие приняли Йоханнес Венециан и Арсений Лобов, также являющиеся первыми авторами исследования. Биоинформатический анализ выявил ключевые структурные особенности, отличающие белки, участвующие в различных типах сборки.
Эммануэль Леви, профессор факультета наук отделения молекулярной и клеточной биологии UNIGE, руководивший исследовательской группой в Женеве и ранее работавший в Институте Вейцмана, подчеркивает важность нового открытия. Айала Шибер, профессор Техниона, возглавлявшая исследовательскую группу в Технионе, также внесла значительный вклад в эту работу. Их совместные усилия позволили пролить свет на фундаментальные процессы клеточной биологии.
Открытие ко-трансляционной сборки имеет далеко идущие последствия для понимания механизмов различных заболеваний, связанных с нарушениями сборки белковых комплексов. Ошибки в этом процессе могут приводить к неправильному сворачиванию белков и их агрегации, что лежит в основе многих патологий, включая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, и некоторые виды рака. Нестабильные белки, не нашедшие своих партнеров в процессе ко-трансляционной сборки, могут приобретать неправильную форму и подвергаться деградации, нарушая нормальное функционирование клетки.
Понимание механизмов ко-трансляционной сборки открывает новые перспективы для разработки терапевтических подходов к лечению заболеваний, связанных с ошибками в сборке белков. Коррекция этих ошибок на ранних этапах формирования белковых комплексов может стать ключом к созданию новых эффективных методов лечения. Использование прогностической модели, разработанной в ходе исследования, может помочь в идентификации белков, участвующих в ко-трансляционной сборке, и разработке лекарственных препаратов, направленных на стабилизацию этих процессов. Таким образом, новое открытие не только расширяет наши фундаментальные знания о жизни клетки, но и приближает нас к созданию новых методов борьбы с тяжелыми заболеваниями.
