Skládání proteinů za účelem vytvoření větších makromolekulárních struktur v buňkách je spojeno s ribozomy, a tedy s jejich syntézou prostřednictvím procesu translace. Vyplývá to z nedávných studií vědců z univerzity ve Würzburgu a Institutu Maxe Plancka (MPI) pro biofyzikální chemii v Göttingenu. Ribozomy v této souvislosti přebírají roli kvalitního „kontrolního bodu“: Zajišťují, aby nově vybudované proteiny byly přímo přiváděny do výrobních linek makromolekulárních komplexů. Vědci zveřejnili své výsledky v časopisech Cell Reports a The EMBO Journal.
Hraní LEGO na molekulární úrovni
"Představte si to jako LEGO kostky na molekulární úrovni: Jedna kostka je připojena k další, dokud není produkt dokončen. Pokud je použita pouze jedna vadná nebo špatná kostka, může být v důsledku toho ohrožena celá budova. " Profesor Utz Fischer zastává katedru biochemie na univerzitě ve Würzburgu. Řadu let zkoumá, jak se uvnitř buněk sestavují takzvané „makromolekulární stroje“. Jeho výzkumným zaměřením jsou spliceosomy: tyto velké komplexy RNA-protein jsou nezbytnou součástí genové exprese v buňkách. Jejich úkolem je odstranit ty sekce v messenger RNA, které neobsahují žádné informace kódující protein, a sjednotit příslušné sekce nesoucí informace.
Ve své nejnovější práci Fischerův tým s kolegy z Göttingenu přišel na celou výrobní sekvenci takzvaných snRNP, podjednotek, které tvoří spliceosomy – od syntézy jednotlivých komponent až po jejich sestavení a spojení do fungujícího stroje. V tomto procesu identifikovali dosud neočekávaného hráče: ribozom.
Role ribozomů
Ribozomy jsou entity, kde se genetická informace (ve formě mRNA) překládá do proteinů. Jak se tyto jednotlivé proteiny následně skládají do makromolekulárních strojů, nebylo až donedávna plně dešifrováno. Jedna věc však byla jistá: Představa, že ribozomy uvolňují jednotlivé proteiny do nitra buňky, kde se potulují a hledají odpovídající protějšek, rozhodně nemohla být pravdivá. "Vnitřek buněk je na to příliš přeplněný," říká Ashwin Chari, vedoucí projektové skupiny na MPI pro biofyzikální chemii. Proteinům by trvalo příliš dlouho, než by vytvořily komplexy; uvízly by ve vytváření chybných struktur a agregovaly by se v důsledku toho, což by v nejhorším případě způsobilo vážné nemoci, jako je Alzheimerova choroba.
„V živých buňkách proto musí existovat mechanismus, který chrání nově syntetizované proteiny na ribozomu a umožňuje jim pouze asociovat se s jejich správným protějškem,“říká Elham Paknia, který experimentálně vedl celý projekt.. Vědcům se poprvé podařilo prokázat, že tento předpoklad je skutečně pravdivý. V souladu s tím ribozom po syntéze neuvolňuje proteiny náhodně do cytosolu, ale zadržuje je, dokud konkrétní pomocníci, takzvaní chaperony, nedodají odpovídající protějšky. Ribozom přitom zajišťuje, že se tvoří pouze jedna zamýšlená struktura, a proto kromě výroby přebírá roli „inspektora kvality“.
Obrovské investice do regulace a kontroly
„Extrémně vysoká kritéria kvality“jsou podle vědců základním principem buněčné funkce. Byli schopni demonstrovat, že na sestavování makromolekulárních strojů se často podílí více chaperonů než stavebních bloků. To se také projeví při pohledu na energetickou bilanci buňky: „Samotná katalýza vyžaduje mnohem méně zdrojů než regulace a řízení,“říká Utz Fischer.
To obrovské úsilí je oprávněné: Chyby při sestavování spliceosomu například spouštějí spinální svalovou atrofii. Porucha je charakterizována ztrátou motorických neuronů zejména v míše, což způsobuje ochabování svalů a paralýzu postižených jedinců. Má se také za to, že chybné skládání bílkovin způsobuje různá další onemocnění od cukrovky po Alzheimerovu chorobu.
Obecná zásada
I když Fischer a jeho kolegové v Göttingenu objasnili roli ribozomu při sestavování makromolekul pomocí stavebních bloků spliceosomu jako modelového systému, vědci jsou přesvědčeni, že se nejedná o ojedinělý případ. "Máme dobrý důvod se domnívat, že jde o obecný princip," říká Chari. Koneckonců, i další makromolekuly musí být syntetizovány za stejných přeplněných podmínek při zachování nejvyšších bezpečnostních standardů.
