FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
октябрь-декабрь 2017
МВДЦ «Сибирь», Кванториум,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

От дрожжей до новых антибиотиков

Найти множество новых антибиотиков и разобраться в причинах болезни Паркинсона возможно в результате улучшения понимания механизма синтеза белка, что может следовать из работы группы ученых при участии сотрудников МГУ: они экспериментально доказали, что биосинтез белка в митохондриях пекарских дрожжей может эффективно проходить без участия компонента, который раньше считался абсолютно необходимым.

Ученые с кафедры молекулярной биологии МГУ идентифицировали третий фактор инициации трансляции у грибов и, изучая его роль в клетках пекарских дрожжей вместе с коллегами из Швеции, сделали неожиданное открытие. Ознакомиться с ним можно в статье, опубликованной 5 января в журнале Scientific Reports (Nature).

Превращение информации, записанной в генах на языке нуклеотидного шифра, в материальную работающую структуру — белок — происходит в несколько этапов. Сначала генетический код переписывается с молекулы двуцепочечной ДНК, находящейся в ядре, на более короткую одноцепочечную матричную РНК (этот процесс называется транскрипцией). Затем РНК претерпевает некоторые изменения и выходит через поры в ядерной оболочке «в открытое плавание» — в цитоплазму. Там и происходит трансляция — сборка белка из аминокислот, каждой из которых соответствует несколько вариантов трехбуквенного кода матричной РНК.

Считывает этот код состоящая из двух субъединиц структура — рибосома, а доставкой строительного материала — аминокислот — занимаются специальные транспортные РНК . Присоединив аминокислоту, рибосома сдвигается на один «шаг» (следующие три буквы) по цепи РНК.

Существуют специальные молекулы, дающие рибосоме «отмашку» сомкнуть две свои части на РНК и начать работу. Это белки, называемые факторами инициации трансляции.

У прокариот (организмов без ядра — бактерий и архей) их всего три: IF1, IF2, IF3. Эукариоты (ядерные организмы, к которым относятся и люди) устроены гораздо сложнее и имеют более 20 факторов инициации трансляции.

Самоуправление для аннексированных

Особняком в этом списке стоят митохондрии — органеллы, выполняющие роль энергетической станции эукариотических клеток. Считается, что их предками были прокариоты, съеденные, но по каким-то причинам не переваренные предшественниками современных эукариот. В процессе эволюции митохондрии утратили многие функции бывших прокариот, помогавшие им жить на свободе. Но даже в таком состоянии митохондрии сохранили следы былой самостоятельности: они имеют свою ДНК, отличающуюся от ядерной, и собственные рибосомы, более похожие на бактериальные Это позволяет им синтезировать белки, работающие в митохондриях, которые сама клетка делать не умеет.

Поскольку митохондрии ближе к прокариотам, предполагалось, что и трансляция у них происходит сходным образом. До недавнего времени были открыты три или, у некоторых групп организмов (например, у грибов), два митохондриальных фактора инициации трансляции (mtIF1, mtIF2 и mtIF3), аналогичные прокариотическим.

В 2012 году ученые с кафедры молекулярной биологии МГУ идентифицировали третий фактор инициации трансляции и у грибов, а позднее, изучая его роль в клетках пекарских дрожжей вместе с коллегами из Швеции, сделали неожиданное открытие. Ознакомиться с ним можно в журнале Scientific Reports.

Среди авторов работы трое сотрудников МГУ. Младший научный сотрудник Антон Кузьменко — первый автор работы, именно он выполнил все основные эксперименты. Аспирант Ксения Дербикова — второй автор в списке, она помогала Антону в его опытах, а также самостоятельно провела часть контрольных экспериментов, которые были необходимы для корректной интерпретации результатов. Ведущий научный сотрудник Петр Каменский является одним из двух координаторов исследования, он планировал эксперименты, анализировал их результаты и готовил их к печати.

Вместо смерти — разрушение гармонии

Эксперимент, который должен был лишь доказать, что без третьего фактора инициации трансляции процесс не запускается (как и во всех известных системах), дал совсем иные результаты.

Ученые «вырезали» ген, кодирующий белок mtIF3, а на его место вставили ген устойчивости к антибиотику, добавленному к питательной среде, куда высевали клетки, чтобы все клетки, в которых ген не был вырезан, погибли.

Чтобы оценить именно митохондриальную трансляцию, трансляция внутри эукариотической клетки была отключена с помощью другого антибиотика, циклогексимида, неспособного, проникать внутрь митохондрий. Затем в среду была добавлена радиоактивно меченая аминокислота метионин, чтобы отличить белки, синтезированные только в митохондриях, от всех остальных, которые могли быть произведены в клетке до отключения трансляции вне ядра. А поскольку в митохондриях дрожжей синтезируется всего 8 белков, их наличие нетрудно проследить визуально с помощью белкового электрофореза — прогона молекул под действием электрического тока через поры в геле (наиболее короткие «убегут» дальше, а длинные будут «ползти» медленнее и останутся ближе к точке «старта»).

«Фактически, этот эксперимент был необходим только для нашего внутреннего спокойствия. Однако он привел к крайне неожиданным результатам: никакой остановки трансляции в дрожжевых митохондриях в отсутствие mtIF3 не произошло! Биосинтез белка в этих условиях шел, в целом, примерно с той же эффективностью, что и в нормальных дрожжевых митохондриях, но был сильно «разбалансирован». Другими словами, некоторых митохондриальных белков в отсутствие mtIF3 действительно становилось меньше, зато количество других вырастало в несколько раз!», — утверждает Петр Каменский.

Скорее всего, mtIF3 имеет и другие функции в клетке, как-то координируя соотношение производимых в митохондриях белков. Как сообщили российские биологи в своей статье, предыдущие исследования нашли связь нарушения этого баланса у человека с болезнью Паркинсона. Мутации, которые дестабилизируют mtIF3, также встречаются у пациентов с этим заболеванием. Это означает, что изучение работы митохондриального фактора инициации трансляции-3 у млекопитающих может помочь дополнить картину молекулярного механизма формирования болезни Паркинсона и найти новые способы лечения.

Вопросы к грядущему

Данное открытие, как это часто бывает, спровоцировало поток новых вопросов, которые ждут тщательного исследования. «Во-первых, каким образом дрожжевые митохондрии обходятся без фактора инициации? Может быть, вместо него начинает в больших количествах синтезироваться какой-нибудь другой белок, который функционально заменяет его? Или происходит что-то еще? Как говорится, будем разбираться, — комментирует достижение своей группы один из двух координаторов работы, Петр Каменский. — Второй вопрос не менее интересен. Как уже отмечалось выше, в отсутствии mtIF3 митохондриальная трансляция “разбалансируется”: некоторых белков становится меньше, а некоторых — больше. Выходит, что наш mtIF3 по-разному влияет на биосинтез каждого конкретного белка? Таких случаев раньше описано не было, и здесь, конечно же, необходимо досконально все выяснить».

Однако помимо своей глубокой фундаментальной значимости, работа по изучению механизмов трансляции имеет и возможность практического применения. И это не только описание уже упомянутой связи с болезнью Паркинсона, но и создание модельной системы митохондриальной трансляции трансляции in vitro («в пробирке»), подобные которой, уже давно разработанные для эукариотических и бактериальных клеток, помогают ученым тестировать лекарства и ставить другие эксперименты.

 

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Две звезды, два Солнца

Группа астрофизиков, в которую входит российский ученый Алексей Князев из Государственного астрономического института имени Штернберга, сообщила о том, что 70 тысяч лет назад на расстоянии 0,8 светового года от Земли находилась звезда Шольца со своим спутником.

Сверхпроводники из МГУ двигают науку вперед

Международной группе исследователей удалось впервые продемонстрировать, что распределение кислородных дефектов у сверхпроводящих купратов не является случайным, а показывает некое коррелированное п

Инновации в неволе не размножаются

У программы «Технопарк», которая рассказывает о том, как из науки можно делать бизнес, — юбилей: 100 выпусков.

Цитата дня

Цитата дня

 

Самые медленные часы на Земле

Мы не можем оценить скорость движения этой стрелки, она несопоставима с длиной человеческой жизни. Самая медленная стрелка в мире совершает полный оборот за 25800 лет, что соответствует периоду прецессии земной оси.