Учёные из Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана (LMU) раскрыли фундаментальный механизм, позволяющий клеткам оперативно реагировать на внутренний стресс. Общеизвестно, что рибосомы – это главные строители белков в клетке: они считывают генетический код матричной РНК (мРНК) и собирают из аминокислот новые белки. Однако их роль, как выясняется, гораздо шире. Эти клеточные структуры также служат важными датчиками стресса, способными запускать защитные реакции при возникновении неблагоприятных условий. Международная команда под руководством профессора Роланда Бекмана из Мюнхенского генного центра LMU выявила ключевые этапы этого сигнального процесса, опубликовав свои результаты в журнале Nature.
Синтез белка чрезвычайно чувствителен к различным нарушениям, таким как дефицит аминокислот, повреждение мРНК или вирусные инфекции. Эти стрессовые факторы мешают нормальному считыванию мРНК, заставляя рибосомы останавливаться и сталкиваться друг с другом. Когда происходят такие столкновения, они инициируют так называемый риботоксический стрессовый ответ (РСО). Этот ответ активирует пути, которые либо восстанавливают повреждения, либо, при необходимости, запускают запрограммированную гибель клетки.
Центральную роль в управлении этим стрессовым ответом играет белок ZAK – киназа, фермент, активирующий другие молекулы путём присоединения к ним фосфатной группы. До недавнего времени было неясно, каким образом ZAK обнаруживает столкнувшиеся рибосомы и использует эту информацию для активации сигнальных путей. Исследовательская группа, объединив биохимические эксперименты с криоэлектронной микроскопией, продемонстрировала, что столкновения рибосом служат основным сигналом для активации ZAK.
Учёные точно определили, как именно ZAK присоединяется к рибосомам и какие структурные особенности столкнувшихся рибосом необходимы для его активации. Они обнаружили, что ZAK взаимодействует с определёнными рибосомальными белками, что приводит к димеризации – образованию пары из двух копий белка ZAK в конкретных его участках. Именно это спаривание служит пусковым механизмом для клеточного сигнального каскада.
Глубокое понимание этих механизмов крайне важно по нескольким причинам. Белок ZAK функционирует на одном из самых ранних этапов стрессовой реакции, поэтому знание того, как он распознаёт столкновения рибосом, даёт ценную информацию о том, как клетки с удивительной скоростью обнаруживают нарушения. Это также помогает объяснить, как координируют свои действия рибосомальный контроль качества, нисходящие сигнальные сети и иммунная система. Кроме того, ZAK имеет медицинское значение, поскольку аномальная активность этого белка связана с воспалительными заболеваниями и хроническим рибосомальным стрессом. Исследование освещает центральный принцип биологии стресса эукариотических клеток. Сама трансляционная машина выступает в роли платформы наблюдения, с которой инициируются глобальные сигналы стресса.
