Find form ved at folde

Ribosomer er de organeller, der er ansvarlige for proteinsyntese i celler. LMU-forskere har nu dissekeret tidlige trin i deres samling og visualiseret, hvordan deres RNA-komponenter foldes korrekt og finder deres plads i den voksende struktur.

I aktivt voksende celler, et stort udvalg af proteiner skal syntetiseres i vidt forskellige mængder. For at imødekomme disse krav, cellens proteinfabrikker – ribosomerne – som består af proteiner og flere RNA'er skal selv bygges i et betydeligt antal. En voksende gærcelle producerer i størrelsesordenen 100, 000 ribosomer i timen, som hver består af omkring 80 ribosomale proteiner og fire ribosomale RNA'er (rRNA'er), fordelt mellem to distinkte underenheder, der funktionelt interagerer med hinanden. Ud over, ribosomal samling kræver intervention af cirka 200 andre proteiner, der tjener som biogenesefaktorer, som ikke er en del af den endelige struktur. Disse faktorer orkestrerer konstruktionen af ​​ribosomet og styrer den sekventielle foldning af rRNA'erne, som tilvejebringer de passende bindingssteder til insertionen af ​​de ribosomale proteiner. LMU-forskere ledet af professor Roland Beckmann, i samarbejde med professor Ed Hurts gruppe ved Heidelberg Universitet, har nu bestemt, for første gang i tredimensionelle detaljer, hvordan de tidlige trin i samlingen af ​​den store underenhed foregår i gærceller. Resultaterne vises i det førende tidsskrift Celle .

Ribosomsamling begynder i et specialiseret område af kernen kaldet nukleolus, hvor tre af rRNA'erne transskriberes i form af store precursor-molekyler. Hvert molekyle behandles enzymatisk for at give de modne segmenter, der findes i det færdige ribosom. To af disse, navngivet 25S og 5.8S i gær, er inkorporeret i den store underenhed. Senere trin i samlingsprocessen forekommer i nukleoplasmaet, før det stadig ufuldstændige ribosom eksporteres via porer i kernemembranen til endelig modning i cytoplasmaet." Denne flertrinsproces afspejler den ekstremt komplekse karakter af hele operationen, siger Lukas Kater, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. For at belyse, hvordan 25S rRNA'et foldes, holdet rensede fem ribonukleoproteinkomplekser fra nukleolus, og bestemte deres strukturer ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi. Hvert af disse komplekser er forbundet med forskellige sæt af biogenesefaktorer og repræsenterer et diskret trin i samlingsprocessen. "Denne tilgang tillod os at identificere funktionerne af flere af de tidlige biogenesefaktorer og bestemme sekvensen af ​​RNA-foldning og proteinbindingstrin involveret i de tidlige stadier af samling af den store ribosomale underenhed i nukleolus, " siger Kater.

Det viser sig, at 25S precursor RNA faktisk begynder at folde op fra begge ender, og ikke i den sekvens, hvori foldningsdomænerne er organiseret i det lineære molekyle. Domæne I og II foldes først, efterfulgt af domæne VI i den anden ende af molekylet. Derefter III, IV og V følger, i den rækkefølge. "Dette gør det muligt at generere en slags 'eksoskelet' til det, der senere bliver det katalytiske center (hvor hvert proteins aminosyreunderenheder er forbundet med hinanden i den rigtige rækkefølge) og udgangstunnelen, hvorigennem den voksende proteinkæde kommer ud af ribosomet, " forklarer Beckmann. Han og hans kolleger planlægger nu at undersøge yderligere mellemprodukter i samlingsprocessen for at få et mere detaljeret billede af den fase af ribosomkonstruktionen, der finder sted i kernen.