Ремонтные комплекты могут помочь восстановить окислительные повреждения на белковых фабриках

В ходе открытия, лежащего в основе внутренней работы клеток, ученые обнаружили, что если окислительный стресс повреждает белковые фабрики, называемые рибосомами, могут появиться ремонтные комплекты, которые помогут устранить повреждения, чтобы работа могла быстро возобновиться.

Открытие, о котором сообщили в пятницу в журнале молекулярная клеткаЭто может иметь значение для рака, процесса старения, роста и развития, говорит ведущий автор исследования, молекулярный биолог Катрин Карпштейн, доктор философии, профессор Института инноваций и биомедицинских технологий UF Scripps Herbert Wertheim.

Буквально более половины массы всех клеток приходится на рибосомы. Если у вас недостаточно рибосом или они неисправны, белки не вырабатываются должным образом, и это может привести ко всем этим заболеваниям. Мы знаем, например, что дефекты рибосомного механизма обнаруживаются во всех раковых клетках».

Катрин Карпштейн, доктор философии, профессор, Институт инноваций и биомедицинских технологий им. Герберта Вертхайма UF Scripps

У человека от одной клетки может отлетать 10 миллионов рибосом, соединяющих белки, записанные в генах, по одной аминокислоте за раз. В то время как многие вещи могут повредить их -; инфекции, ультрафиолетовое излучение, радиация или окислительный стресс -; Клетки обладают удивительной способностью защищать себя. Часто поврежденные предметы помечаются для уничтожения, измельчения и переработки. Однако, поскольку рибосомы настолько важны, что существуют в большом количестве, уничтожение каждой поврежденной рибосомы проблематично.

В своем исследовании Карпштейн и его коллеги нашли альтернативный метод, специфичный для повреждений от окислительного стресса. Окислительный стресс возникает в клетках, когда высокореактивные молекулы кислорода, образующиеся в результате энергетического метаболизма, должны найти стабильные места для приземления. Эти стабильные сайты часто находятся внутри белков. Введение избыточного кислорода может изменить и повредить молекулу рецептора. В случае с рибосомами он может полностью остановить действие по построению белка.

Ученые обнаружили, что рибосомы восстанавливают это нежелательное повреждение с помощью вспомогательных молекул, которые действуют как шапероны, выводя поврежденную часть из клетки. Повреждение быстро восстанавливается, и рибосома снова начинает работать. Таким образом, клетка избегает более интенсивного процесса разрушения и восстановления совершенно новых рибосом, а также риска внезапной потери пула рибосом.

«Обычно, когда белки разрушаются, клетка просто расщепляет их. Рибосома представляет собой довольно большой комплекс РНК и белков, поэтому, возможно, если какая-то часть сломана, вы не захотите выбрасывать все это целиком», — сказал Карпштейн. «Это все равно, что заменить спущенную шину вместо покупки новой машины».

Биохимия управляет процессом. Молекулы аминокислоты цистеина в рибосоме часто являются реципиентами этих свободнорадикальных молекул кислорода. Окислительное повреждение изменяет их настолько, что, если молекулы шаперонов находятся поблизости, они предпочли бы отсоединиться от рибосомы и вместо этого связываться с шаперонами. Выходя из рибосомы, неповрежденные аминокислоты перемещаются на свои места, заделывая брешь и восстанавливая производство белка.

Биохимические исследования стали возможными благодаря открытиям, сделанным в лаборатории химика Кита Кэрролла, доктора философии, также в Институте UF Scripps Wertheim. Лаборатория Кэрролла разработала специальные реагенты и процессы для мониторинга окислительного повреждения аминокислоты цистеина.

Первым автором статьи был научный сотрудник лаборатории Karbstein Yoon-Mo (Jason) Yang, доктор философии. Хотя открытие было сделано на дрожжах, сказал Ян, эта система восстановления рибосом, по-видимому, сохраняется у многих видов, включая человека. Например, исследования нейронов человека показали подобное явление.

«Все живые существа испытывают окислительный стресс, поэтому повреждение белков происходит у всех живых существ», — сказал Ян. «Мы подозреваем, что механизмы восстановления рибосом существуют в каждом организме, включая человека».

Двигаясь вперед, у ученых есть несколько вопросов, которые нужно решить: они нашли двух компаньонов; есть еще? Многие антибиотики выводят из строя рибосомы, поэтому механизмы восстановления бактерий помогают им избегать антибиотиков? Клетки дрожжей, лишенные шаперонов, плохо растут и кажутся менее приспособленными, так может ли это повлиять на старение, рост и развитие? Это лишь некоторые из вопросов, которые поднимает открытие, сказал Карпштейн.

«Я думаю о том, как это отразится на модели старения», — сказал Карпштейн. «Это как собирать пазл. У вас есть этот кусочек, потом еще один, а потом вы говорите: «О, вот как все кусочки складываются воедино». Таким образом, можно найти много фрагментов.