Mechanizm zatrzymania rybosomu

Międzynarodowy zespół badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego, University of Virginia i University College Cork analizował mechanizm autoregulacji ekspresji genu AMD1 przez zatrzymanie rybosomu. W badania zaangażowany był Michał Świrski z Wydziału Biologii UW. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.

Badania prowadzone były przez badaczy z University of Virginia (USA), University College Cork (Irlandia) i Uniwersytetu Warszawskiego. W Charlottesville wykonane zostały badania strukturalne, w Cork biochemiczne, a w Warszawie analizy danych profilowania rybosomów. W badania zaangażowany był Michał Świrski z Wydziału Biologii UW.

Jak wskazują badacze, rybosom – machina molekularna odczytująca informację genetyczną – standardowo syntetyzuje białka na matrycy mRNA do napotkania kodonu STOP, będącego sygnałem do zakończenia procesu i uwolnienia produktu. Jednak w pewnych sytuacjach niewielka część rybosomów może „przeczytać” kodon STOP i kontynuować translację. Tak dzieje się w przypadku genu AMD1, kodującego najważniejszy enzym dla biosyntezy poliamin, czyli małych, dodatnio naładowanych cząsteczek wiążących kwasy nukleinowe i przez to pełniących ważne funkcje regulatorowe. Co więcej, w przypadku AMD1, rybosomy, które przejdą przez kodon STOP, ulegają następnie trwałemu zablokowaniu, co zostało wskazane (w publikacji „Nature”, 2018) jako mechanizm powstawania „pamięci molekularnej”, tj. cząsteczka mRNA poprzez kolejkę zablokowanych rybosomów „pamięta” liczbę cykli translacji, które się na niej dokonały.

Publikacja Mechanism of Ribosome Stalling by the AMD1 C-terminal Tail Arrest Peptide (tytuł w j. polskim Mechanizm zatrzymania rybosomu przez C-końcowy peptyd AMD1) w „Science Advances” wyjaśnia, jak ten proces przebiega na poziomie molekularnym. Dzięki wyznaczeniu struktury zatrzymanego rybosomu przy pomocy techniki Cryo-EM udało się zaobserwować krótki C-końcowy fragment powstającego przedłużenia białka AMD1, oddziałującego z wnętrzem rybosomu. Powstający łańcuch polipeptydowy tworzy molekularny zacisk, uniemożliwiając kontynuację translacji.

Badania były prowadzone na komórkach ludzkich, ale dzięki analizie zachowania ewolucyjnego i funkcjonalnego przy pomocy profilowania rybosomów możliwe było wskazanie, iż sygnatura przeczytu kodonu STOP i zatrzymania rybosomu jest szeroko zachowana u kręgowców, a podobny wzorzec znaleziono też w innych genach.