Исследователи биологического факультета МГУ, используя методы биохимического и протеомного анализа, продемонстрировали, что в митохондриях пекарских дрожжей одновременно присутствуют рибосомы разного белкового состава. Это опровергает устоявшееся в научном сообществе еще десятилетие назад мнение, что в одной биологической системе всегда функционируют рибосомы, содержащие один и тот же набор белков. Результаты работы, выполненной в рамках проекта Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Биохимия».
Рис.1 Структура митохондриальной рибосомы пекарских дрожжей, полученная методом криоэлектронной микроскопии. Различные рибосомные белки окрашены разными цветами. Изображение: биологический факультет МГУ
Рибосомы – это сложные молекулярные машины, осуществляющие биосинтез всех клеточных белков. Общий принцип структуры рибосом одинаков для всех живых организмов: они состоят из длинных рибосомных РНК и нескольких десятков различных белков, формирующих связи как с РНК, так и друг с другом.
Белковый состав рибосом зависит от вида живого существа, однако в течение вот уже многих лет непреложным считается тот факт, что у какого-либо конкретного организма все рибосомы обладают одним и тем же набором основных белков. Иными словами, в одной живой клетке биосинтез белка всегда осуществляют рибосомы, одинаковые с точки зрения белкового состава (если не считать белков, которые связываются с рибосомами временно и таким образом не могут быть отнесены к рибосомным белкам).
Работа ученых МГУ поставила тезис о постоянстве белкового состава рибосом под сомнение. В качестве объекта исследований биологи выбрали необычную для изучения рибосом систему – митохондрии пекарских дрожжей, Saccharomyces cerevisiae. Митохондрии являются обязательными органеллами практически всех эукариотических клеток; считается, что они произошли от свободноживущих бактерий. Именно поэтому в митохондриях сохранились собственный геном и полностью функциональный аппарат экспрессии закодированных в нем генов, в частности, система биосинтеза белка. Митохондриальные рибосомы (миторибосомы) являются частью этой системы.
Исследователи отобрали несколько белков, входящих в состав миторибосом дрожжей, а также несколько временно связывающихся с ними белков. Гены отобранных белков были модифицированы: в них была добавлена последовательность, кодирующая «метку», небольшой участок гемагглютинина вируса гриппа, известный тем, что он очень прочно связывается со специфическими антителами к вирусному белку. Антитела затем были закреплены на специальном носителе, после чего на него были нанесены фракции выделенных из дрожжевых клеток миторибосом, в которых какой-либо из отобранных белков содержал «метку» для связывания с антителами. Таким образом, с носителем через антитела оказались связанными только те миторибосомы, которые содержали «меченный» белок, и исследователи смогли получить фракции миторибосом, гарантированно содержащих тот или иной белок, входящий в состав рибосом или временно ассоциированный с ними. Такие фракции затем были подвергнуты протеомному анализу: были идентифицированы абсолютно все белки, присутствующие во фракциях, причем определение было еще и количественным. После статистического анализа результатов выяснилось, что разные фракции миторибосом действительно содержат несколько различные наборы рибосомных белков.
«Мы получили очень странные, но очень интересные результаты, — говорит руководитель группы, выполнявшей исследование, профессор биологического факультета МГУ Петр Каменский. – Всегда считалось, что в одной и той же клетке (или митохондрии) не могут существовать рибосомы разного белкового состава, а наши данные однозначно указывают на то, что такая ситуация все же возможна. Теперь перед нами стоит задача понять, в чем функциональное значение этого феномена. Мы предполагаем, что в митохондриях дрожжей произошла очень необычная специализация процесса трансляции, в результате которой разные белки синтезируются разными по составу рибосомами. Это предположение можно проверить только структурными исследованиями, и, к нашему счастью, у нас есть такая возможность, поскольку в этом году МГУ начал реализовывать поддержанный Российским научным фондом “мегагрант” под руководством Алексея Амунтса, специалиста № 1 в мире по структурным исследованиям митохондриальных рибосом. Мы очень надеемся, что сотрудничество с Алексеем позволит нам “разглядеть” в дрожжевых митохондриях такой нетривиальный специализированный процесс трансляции, а это уже станет очень серьезным научным открытием».
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ
