Počasni, a natančni ribosomi

V današnjem Znanstvenem britOFFu govorimo o mehanizmu prevajanja molekul mRNK na ribosomih. Raziskovalci in raziskovalke so v nedavni raziskavi razložili natančen molekularni mehanizem procesa prevajanja na človeških ribosomih in prišli do novih dognanj o tem temeljnem celičnem procesu.

Zapis za izgradnjo celičnih proteinov je shranjen v genomski DNK. Potem ko se informacija o izgradnji proteina iz genoma prepiše na sporočilno molekulo RNK ali krajše mRNK, se mora ta prevesti v aminokislinsko zaporedje, ki nato definira nastali protein. Pri procesu prevajanja ključno vlogo odigra makromolekularni kompleks ribosom. Gre za kompleks številnih proteinov in nukleinskih kislin, ki sestavljajo nekakšen molekularni prevajalnik. Ribosom vzdolž zaporedja molekule mRNK prebere nukleotidno zaporedje in na podlagi kombinacij treh nukleotidov vgradi eno izmed dvajsetih aminokislin v nastajajoči protein. Proces prevajanja je zelo dinamičen in ga spremljajo velike strukturne spremembe ribosoma, ki igrajo pomembno vlogo pri različnih stopnjah prevajanja. Poleg tega pa pri procesu sodelujejo številni proteini, kar še dodatno otežuje raziskovanje natančnejših mehanizmov procesa.

Znanost / Znanstveni britoff

Divergentni ribosom

Struktura mitohondrijskega ribosoma Trypanosoma brucei

Uroš Zavrtanik

 / 15. 10. 2018

Raziskovalci in raziskovalke so se raziskave lotili z dvema tehnikama. Visokoresolucijsko strukturno informacijo o zgradbi prevajalnega kompleksa med prevajanjem so pridobili z uporabo krioelektronske mikroskopije, pri kateri opazujemo sipanje elektronov na zamrznjenem vzorcu opazovanega sistema. Ta metoda je omogočila zajem struktur kompleksov v različnih časovnih točkah procesa prevajanja. Da bi ugotovili, kako hitro se posamezne spremembe v kompleksnem večstopenjskem procesu zgodijo, pa so spremembe opazovali z uporabo tehnike fluorescenčne mikroskopije na ravni ene molekule. Uporaba obeh metod je raziskovalcem torej omogočila natančen vpogled tako v strukturne detajle procesa prevajanja kot tudi v kinetiko procesa.

Raziskovalna skupina je ugotovila, da je proces prevajanja pri človeških ribosomih kar desetkrat počasnejši kot denimo pri bakterijah. Natančen strukturni vpogled je ponudil razlago, od kod takšna razlika izvira. Ugotovili so namreč, da gre počasnejše prevajanje na račun natančnosti. V koraku, v katerem ribosom preverja, ali se bo zares vgradila prava aminokislina glede na prepoznano nukleotidno zaporedje, namreč človeški ribosom postoji bistveno dlje. Natančneje so raziskovalci tudi identificirali, da je za daljši postanek ribosoma v stopnji preverjanja ustreznosti vgrajene aminokisline odgovoren elongacijski faktor, protein eEF1A. Ta povzroči večjo strukturno spremembo ribosomskega prevajalnega kompleksa.

Raziskava prinaša temeljen vpogled v mehanizem translacije na človeških ribosomih. Hkrati pa bodo informacije o strukturi in dinamiki človeškega ribosoma med translacijo omogočile tudi tarčno načrtovanje zdravilnih učinkovin in antibiotikov.

Vir: Holm, M., Natchiar, S.K., Rundlet, E.J. et al. mRNA decoding in human is kinetically and structurally distinct from bacteria. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05908-w
Vir slike: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:121-70SRibosomes_elongation.png (Creative Commons Attribution 3.0 Unported license)