Ученые раскрыли тайну стабильности клеточного здоровья

Группа исследователей из США объявила о новом открытии, которое помогает объяснить основные молекулярные механизмы, по которым генетическая информация в конечном итоге преобразуется в функциональные белки.

Исследование, недавно опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), разъясняет, как белки теплового шока (шапероны) проявляют «избирательную неразборчивость» в отношении определенных протеинов — своих «клиентов», которым они помогают менять структуру.

Линейный код ДНК оперирует четырьмя «буквами»: A, Ц, Г и T. Благодаря сложным процессам транскрипции, за которым следует синтез белка и, наконец, сворачивание белка, эти четыре двумерных буквы превращаются в трехмерный «рецепт» белков из 20 букв. В большинстве случаев этот процесс работает безупречно, и наши клетки могут плавно строить и воспроизводить себя. Но иногда «что-то идет не так», и результаты сбоя могут быть катастрофическими. К счастью, от природы клетки проходят строгий «контроль качества», что помогает компенсировать разрушительные последствия.

Процесс сворачивания белка, во время которого цепочка аминокислот принимает свою окончательную форму в виде белка, может быть особенно трудным. Известно, что специальные молекулы, называемые шаперонами, помогают придать белку окончательную правильную форму. Шапероны определяют, какие белки-«клиенты» подвержены риску деформации, и затем могут оказать такому белку «дополнительную помощь». Но то, как именно выполняют работу свою работу шапероны, было плохо изучено – а работа американских ученых помогла раскрыть механику их «трюков».

Хотя в наших клетках присутствуют десятки тысяч различных белков, каждый с разной формой и функцией, шаперонов гораздо меньше. Было непонятно, каким образом одни и те же шапероны «обслуживают» множество разных белков?» Ответ заключается в том, что авторы исследования называли «избирательной неразборчивостью».

Использовав методы рентгеновской кристаллографии, дающей невероятно подробный, но статичный снимок с высоким разрешением взаимодействия шаперона с его белком-клиентом, и ядерный магнитный резонанс, дающий более полную и динамичную картину этого сложного процесса, авторы сфокусировались на особом семействе шаперонов Hsp70s. (Hsp70 – одни из наиболее важных шаперонов: они обеспечивают ключевые клеточные функции.)

Ученые обнаружили, что Hsp70 являются как беспорядочными (они могут обслуживать множество различных белков), так и избирательными: диапазон белков, с которыми они могут работать, ограничен. Кроме того, Hsp70 «читают» последовательности белков-клиентов двояко либо слева направо, либо справа налево.

Этот прорыв не только улучшает понимание механизмов клеточного гомеостаза, но и имеет практическое применение: Hsp70 вовлечены в патогенез многих болезней, от рака до БАС, также они эксплуатируются вирусами. Понимание того, как работают шапероны, поможет разработать терапевтические стратегии против неизлечимых заболеваний.