Биология

Спроектирована безмембранная органелла синтеза белка

Science Photo Library/Getty Images

Группа немецких исследователей разработала технологию расширенного синтеза белка в органеллах, обособленных от клеточной цитоплазмы. Белковый Франкенштейн несет аминокислоту к стоп-кодону и как ни в чем не бывало форсирует продолжение трансляции. Результаты опубликованы в журнале Science.

В ходе синтеза белка на матрице мРНК — трансляции — по меньшей мере 20 различных аминоацилированных тРНК, их родственные тРНК-синтетазы, рибосомы и разнообразные кофакторы должны действовать сообща. мРНК, продетая через рибосому, задает порядок, в котором аминокислоты будут поступать в органоид при помощи молекул-адапторов — тРНК. За ходом процесса «приглядывают» многочисленные факторы: инициации, элонгации, терминации и не только.

Чтобы не допустить вмешательства базовой клеточной трансляции в результаты эксперимента, ученые разработали ортогональную систему синтеза. При прохождении клеточного органоида через один из трех стоп-кодонов высвобождающие факторы связываются с рибосомой и отщепляют от нее синтезированный белок. тРНК, которые в результате мутации приобрели возможность узнавать стоп-кодон и присваивать ему определенную аминокислоту, называют супрессорными тРНК. Ортогональная система потому и ортогональна, что синтезирует то, что клеточная рибосома синтезировать не может: супрессорная тРНК позволяет продолжать синтез полипептида дальше.

Чтобы осуществить трансляцию белка, такая ортогональная трансляционная молекулярная машина должна иметь доступ ко всем компонентам трансляционной машинерии хозяина, что исключает возможность отделить инженерный органоид мембраной. Ученые вдохновились ядрышком и стрессовыми гранулами, для образования которых клетка использует феномен разделения фаз. При помощи фазового разделения клетки локально концентрируют специфические белки и РНК. Несмотря на то, что границы бесстенных органелл весьма шаткие, они способны к выполнению высокоточных задач.

Схематическая иллюстрация эксперимента

Christopher D. Reinkemeier

Для воплощения эксперимента исследовательская группа сшила между собой синтетазу супрессорной аминокислоты, белок, который естественным путем фазово обособляется в клетке, и РНК-связывающий белок. Результаты выявили супрессию по янтарному стоп-кодону и продленный синтез белка. Ключом к успешной реализации эксперимента послужила комбинация фазового и пространственного разделения, благодаря чему в клетке формировалась органеллоподобная структура микрометрового размера.

Технология позволит вводить неканонические функциональные группы в белки кодон-специфическим и мРНК-селективным образом. Для работы системы требуется всего пять спроектированных компонентов, и за один шаг ее можно перепрограммировать на другие стоп-кодоны. Исследователи полагают, что эта концепция послужит платформой для дальнейшей инженерии органелл и обеспечит путь к образованию полусинтетических эукариотических клеток и организмов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.