Znajdź zawartość

Komórka zainfekowana przez wirusa wydaje się z pozoru niemal całkowicie bezbronna, zdana co najwyżej na pomoc ze strony układu odpornościowego. Okazuje się jednak, że w czasie zagrożenia maszyneria odpowiedzialna za syntezę białek przechodzi specyficzną zmianę, która nie tylko chroni powstające proteiny przed uszkodzeniem, lecz także może utrudnić dalszą ekspansję wirusa (Nature). Zespół prof. Tao Pana z University of Chicago odkrył to zjawisko podczas badania tzw. misacylacji, czyli naturalnie pojawiających się błędów podczas syntezy protein. Dochodzi do nich, gdy cząsteczka tRNA, odpowiedzialna za przyłączanie reszty aminokwasowej do powstającej cząsteczki białka, nieprawidłowo rozpoznaje instrukcję zapisaną w informacyjnym RNA i przyłącza się w miejscu, w którym powinien pojawić się inny rodzaj tRNA, odpowiedzialny za transport innego aminokwasu i tym samym przypisany do innej sekwencji informacyjnego RNA. Dotychczas uważano, że do misacylacji dochodzi średnio raz na 10 tysięcy reakcji przyłączenia nowej grupy aminokwasowej. Dzięki wykorzystaniu nowych metod badawczych zespół prof. Pana wykazał jednak, że podczas wstawiania jednego z aminokwasów, metioniny, do błędu dochodzi nadspodziewanie często. Szacuje się, że aż jedna na sto reszt metioninowych znajduje się nie tam, gdzie powinna. Jak wykazano podczas dalszych analiz, narażenie komórek na stres związany np. z działaniem wolnych rodników tlenowych lub infekcji wirusowej dodatkowo zwiększa częstotliwość misacylacji metioniny aż o 1000%. Łącznie oznacza to 1000-krotne przekroczenie "podręcznikowej" częstotliwości błędów popełnianych podczas syntezy białek. Wszystko wskazuje jednak na to, że nie jest to ewolucyjna pomyłka, tylko forma dostosowania się do niekorzystnych warunków. Reszty metioninowe pełnią w wielu białkach kluczową rolę. Dzięki obecności atomów siarki działają one niczym żywa tarcza, przyjmując na siebie uszkodzenia związane z działaniem wolnych rodników. Następnie, dzięki wyspecjalizowanym enzymom, dochodzi do przywrócenia ich prawidłowej formy i regeneracji cząsteczki białka. Wygląda więc na to, że opisywane "pomyłki" zapewniają każdej cząsteczce białka unikalną lokalizację reszt metioninowych, dzięki czemu zwiększa się prawdopodobieństwo, że przynajmniej część ogólnej puli proteiny zachowa swoją funkcję. Zaobserwowane zjawisko odgrywa prawdopodobnie także inną rolę. Podczas infekcji wirusowej wytwarzanie białek o nietypowo zlokalizowanych resztach metioninowych prowadzi do spadku ich wydajności. Opóźnia to ekspansję wirusa i ułatwia jego eliminację. Według podręczników brzmi to chaotycznie i niezbyt sensownie, lecz w ten sposób komórki zawsze zapewniają sobie, że część białek jest mniej wrażliwa na dodatkowe ataki - podsumowuje prof. Pan. Jak zaznacza, różnorodności tej nie udałoby się osiągnąć, gdyby mechanizmy syntezy protein działały bez pomyłek.

Naukowcy z Case Western Reserve University zidentyfikowali nowy, zupełnie niespodziewany mechanizm kontroli aktywności genów. Odkryte zjawisko polega na degradacji cząsteczek mRNA w miejscu, w którym nikt tego nie oczekiwał - na powierzchni rybosomu. mRNA (od ang. messenger RNA - informacyjny RNA) to jeden z najważniejszych cząsteczek występujących w komórkach. Powstają one po skopiowaniu (transkrypcji) fragmentów informacji genetycznej zapisanej w DNA, po czym trafiają do rybosomów - kompleksów zbudowanych z cząsteczek tzw. rRNA (rybosomalnego RNA) oraz białek - gdzie zachodzi synteza białek o strukturze aminokwasów zgodnej z instrukcją zapisaną w mRNA. Zgodnie z obowiązującą dotychczas teorią, mRNA wykorzystany przez rybosom trafia do tzw. ciałek P, gdzie zostaje rozłożony przez specjalne enzymy. Ku wielkiemu zaskoczeniu badaczy z Case Western Reserve University okazało się jednak, że pierwsza faza degradacji tych cząsteczek zachodzi niemal równocześnie z syntezą białek, tzn. jeszcze przed ich odłączeniem od rybosomu. Dane jasno wskazują, że zamknięcie w otoczeniu pozarybosomalnym, takim jak ciałko P, nie jest konieczne dla rozpoczęcia rozkładu mRNA, podsumowuje wyniki badań ich autor, dr Jeff Coller. Ta praca rozszerza horyzonty i rzuca nowe światło na jeden z najważniejszych szlaków degradacji mRNA - procesu kluczowego dla regulacji ekspresji genów. Wspomniana regulacja ekspresji genów to nic innego, jak dostosowanie aktywności poszczególnych genów do bieżących potrzeb komórki. Wiedząc, jak wielką rolę odgrywa ekspresja informacji genetycznej, nietrudno zrozumieć, jak ważne jest odkrycie dokonane przez zespół dr. Collera. Może ono odegrać niezwykle istotną rolę nie tylko w zrozumieniu procesów zachodzących w komórkach, lecz także w leczeniu ogromnej liczby chorób - każda z nich wpływa bowiem na fizjologię organizmu, przez co modyfikuje ekspresję różnych genów. O odkryciu poinformowało czasopismo Nature.

Badacze z Uniwersytetu Rockefellera donoszą o nieznanym dotąd mechanizmie ułatwiającym szybki rozwój zarodka. O swoim odkryciu poinformowali na łąmach czasopisma Journal of Cell Biology. Niemal wszystkie procesy zachodzące w komórce są sterowane za pośrednictwem instrukcji zawartych w genomie. Zapisana w DNA informacja jest "przepisywana" na odpowiednią sekwencję zapisaną w mRNA, a następnie instrukcja zapisana w mRNA jest odczytywana i na jej podstawie dochodzi do syntezy białka. Czasami jednak komórka wytwarza mRNA, ale z różnych względów nie jest ono wykorzystywane. Zostaje wóczas specjalnie oznakowane i trafia do tzw. ciałek P, gdzie dochodzi do jego rozkładu. Badacze z Uniwersytetu Rockefellera odkryli jednak zachodzące w jajach robaków nietypowe zjawisko, dzięki któremu nadmiar mRNA trafia do ciałek P, lecz zostaje zachowane na potrzeby dalszego rozwoju komórki. Sekretem nietypowych właściwości komórek dojrzewającego jaja jest brak enzymu zwanego Pat1, odpowiedzialnego za rozkład mRNA. Wiele wskazuje na to, że rolą tych specyficznych ciałek P jest więc magazynowanie mRNA kodującego informacje o białkach potrzebnych na dalszych etapach rozwoju. Kiedy nadchodzi odpowiedni moment, ciałka P uwalniają swoją zawartość, umożliwiając w ten sposób szybką syntezę potrzebnych w danej chwili protein. Pozwala to na uniknięcie "oczekiwania" na wyprodukowanie dostatecznej ilości mRNA, dzięki czemu rozwój jaja zachodzi sprawniej. Co ciekawe, badacze zaobserwowali przynajmniej cztery typy ciałek P wyróżniające się obecnością charakterystycznych enzymów. Ponieważ każdy rodzaj tych struktur pojawia się w komórkach na ściśle okreslonym etapie rozwoju, kontrolują one najprawdopodobniej różne procesy. Sugeruje to, że cały system "magazynów mRNA" odgrywa istotną rolę regulacyjną w procesie dojrzewania młodego osobnika. Choć badania przeprowadzono organizmie na odległym ewolucyjnie od człowieka, ich wynik może się okazać istotny także dla nas. Warto bowiem wiedzieć, że ciałka P są obecne także w ludzkich komórkach, co może sugerować, że także w naszych organizmach odgrywają one rolę bardziej złożoną, niż tylko usuwanie nadmiaru mRNA. Dokładne rozszyfrowanie tej zagadki mogłoby pomóc w zrozumieniu genetycznych podstaw wczesnych etapów rozwoju człowieka oraz rozwoju niektórych chorób związanych z zaburzeniami tych niezwykle istotnych procesów.