Hvordan ribosomer former proteomet

Celler er fyldt med makromolekyler, som begrænser udbredelsen af ​​proteiner, især i prokaryote celler uden aktiv transport i cytoplasmaet. Mens man undersøger forholdet mellem trængsel, ionstyrke og proteindiffusion, Biokemikere fra University of Groningen gjorde en fascinerende opdagelse:positivt ladede proteiner klæber til overfladen af ​​ribosomkomplekser. Dette forklarer, hvorfor de fleste vandopløselige proteiner har en samlet negativ ladning. Opdagelsen vil snart blive vist i journalen eLife .

Bevægelseshastigheden af ​​proteiner inde i celler er vigtig:Mange processer i biologiske celler afhænger af interaktioner mellem makromolekyler (proteiner og nukleinsyrer) og dermed af deres evne til at finde hinanden. "Men cellecytoplasmaet er et travlt sted, og dette vil påvirke protein- og RNA-diffusion", bemærkninger University of Groningen Professor i biokemi Bert Poolman.

Afgifter

Hans gruppe studerede virkningerne af crowding på diffusion, og fandt en sammenhæng mellem proteinstørrelse og diffusionshastighed. "Men for nogle proteiner fandt vi ikke denne sammenhæng, så vi satte os for at undersøge hvorfor.' Holdet brugte tre forskellige prokaryoter med stigende ionstyrke:den Gram-negative bakterie Escherichia coli, den gram-positive Lactococcus lactis og den ekstremofile Haloferax volcanii, som lever ved meget høje saltkoncentrationer.

Til denne undersøgelse, forskerne konstruerede forskellige varianter af Green Fluorescent Protein (GFP), med overfladeladninger fra -30 til +25. De undersøgte derefter bevægelsen af ​​disse GFP-varianter i de tre celletyper. 'Vi så, at positivt ladede proteiner ville diffundere meget langsomt. De sad fast i cellen', forklarer Poolman. Yderligere analyse viste, at de positive proteiner ikke binder sig til DNA'et eller cellemembranen, men til ribosomkomplekset.

Interessant

En bioinformatisk analyse af mikroorganismers og eukaryote cellers proteomer viste, at i de fleste tilfælde er omkring 70 procent af proteinerne negativt ladede. 'Interessant nok, de resterende 30 procent er enten membranproteiner eller proteiner involveret i ribosomets eller mRNA's funktion eller foldning.'

Membranproteinerne er afskærmet af chaperoner under biogenese, så de ikke klæber til ribosomerne. Der er derfor ingen 'frie' cytoplasmatiske proteiner med en høj nok positiv ladning til at få dem til at sætte sig på ribosomer. Den negative ladning af ribosomkomplekset og den omgivende ionstyrke af cytoplasmaet ser ud til at have formet udviklingen af ​​ladninger i det cellulære proteom.

Uventet

Den nye og uventede indsigt i, at proteinmobilitet er en funktion af proteinladning, kan forklare, hvorfor det er svært at udtrykke nogle proteiner i bakteriesystemer med lav ionstyrke. 'Vi observerede, at en højere ionstyrke reducerer klæbrigheden af ​​positivt ladede proteiner. Det kunne være en værdifuld indsigt for konstruktionen af ​​proteinekspressionsplatforme.'

En sidste observation i eLife papiret er, at genomerne fra flere endosymbionter viser en overflod af positivt ladede proteiner. 'Dette fund forbløffer os virkelig', indrømmer Poolman. 'Du ville forvente, at alle disse proteiner ville blive tiltrukket af endosymbionternes ribosomer. Indtil nu, vi har ingen forklaring på, hvordan disse organismer er i stand til at håndtere langsom diffusion og ribosomer, der bliver opslugt af positive proteiner.'