Как митохондрии клетки создают свои собственные белковые фабрики

Рибосомы, крошечные фабрики по производству белка внутри клеток, встречаются повсеместно и выглядят практически одинаково на всем древе жизни. Те, которые заставляют бактерии пыхтеть, структурно мало чем отличаются от рибосом, производящих белки в наших собственных человеческих клетках.


Но даже у двух организмов с похожими рибосомами могут обнаруживаться значительные структурные различия в РНК и белковых компонентах их миторибосом. Специализированные рибосомы в митохондриях (органах, производящих энергию в наших клетках), миторибосомы помогают митохондриям производить белки, которые производят АТФ, энергетическую валюту .

Ученые из лаборатории Себастьяна Клинге задались вопросом, как эволюционировали миторибосомы, как они собираются внутри клетки и почему их структура настолько менее однородна у разных видов. Чтобы ответить на эти вопросы, они использовали криоэлектронную микроскопию для создания 3D-снимков малых субъединиц миторибосом дрожжей и человека по мере их сборки. Их выводы, опубликованные в Природапроливают свет на основы сборки миторибосом и могут иметь значение для редких заболеваний, связанных с неисправностью миторибосом.

«Трехмерные изображения могут многое рассказать нам о том, какие этапы необходимы, какие белки участвуют в процессе и как можно регулировать сборку этих больших и сложных машин», — говорит Натан Харпер, аспирант Университета Клинге. лаборатория «Крио-ЭМ позволила нам идентифицировать и изолировать отдельные стадии пути сборки из гетерогенной популяции очищенных комплексов, и мы можем видеть, как эти комплексы меняются со временем во время сборки», — добавляет Хлоя Бернсайд, также аспирантка Клинге. лаборатория

Наблюдая за этим процессом у двух разных видов — дрожжей и человека — команде удалось непосредственно наблюдать много сходств и различий в сборке миторибосом. Одно ключевое различие: разные белки часто были вовлечены в сходные действия сворачивания РНК. Вероятно, это связано с тем, что «для этих рибосом существуют общие препятствия», объясняет Харпер. «Вы можете думать об этом как о производстве двух разных велосипедов — шоссейного и горного. Вам могут понадобиться дополнительные детали или инструменты для каждого из них, но некоторые ключевые этапы производства будут схожими».

Результаты дают уникальное представление о том, как молекулярная сложность и разнообразие возникают в макромолекулярных комплексах, и как системы сборки развиваются вместе с самими комплексами. Лучшее понимание миторибосом также может иметь значение для ряда тяжелых заболеваний, связанных с дисфункцией миторибосом, таких как синдром Перро. «Мы смогли сопоставить различные вызывающие болезни мутации со структурами различных факторов сборки, чтобы увидеть, как эти мутации могут повлиять на процесс сборки рибосом».