Транспортная РНК помогает клетке узнать о химической атаке

Появление в клетке токсинов модифицирует молекулы тРНК, в результате чего преимущество в синтезе получают те белки, которые помогают справиться с химической атакой.

Трёхмерный портрет транспортной РНК; к правому концу крепится аминоксилота, на левом располагается антикодон, вступающий в комплементарное взаимодействие с кодоном матрицы. (Илл. Pasieka.)

Когда в клетку проникает токсин, у неё включается сигнальная система, активизирующая молекулярные механизмы борьбы с вредным веществом. Как выяснили исследователи из Массачусетского технологического института (США), транспортная РНК служит ключевым элементом этой тревожной сигнализации. Два года назад учёные заметили, что в ответ на пероксид водорода или соединения мышьяка у тРНК клеток дрожжей меняются способ и количество химических модификаций. Те дрожжи, у которых тРНК оставались прежними, хуже выживали после обработки ядом.

В новой статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи описывают, что за модификации тРНК включают клеточную антитоксинную сигнализацию. Молекула тРНК состоит из 70–90 рибонуклеотидных блоков, которые после синтеза молекулы подвергаются многочисленным изменениям. Эти модификации, если говорить в общем, настраивают тРНК на выполнение её обычной работы — доставки аминокислот на рибосому, чтобы белок-синтезирующая машина строила из них полипептидную цепь.

Исследователи заметили, что в ответ на появление пероксида водорода в тРНК усиливается метилирование одного из азотистых оснований, цитозина, превращающее его в 5-метилцитозин. Эта модификация усиливалась преимущественно у тех тРНК, что транспортировали аминокислоту лейцин. Но лейцину, как и многим другим аминокислотам, в генетическом коде соответствует несколько трёхбуквенных «слов»-кодонов: TTA, TTG, CTT, CTC, CTA и CTG. Каждый из этих триплетов в ДНК обозначает лейцин, но для каждого из них существует своя тРНК. То есть для перевозок лейцина у клетки есть целых шесть видов тРНК, которые отличаются участком, взаимодействующим с матрицей. Чтобы рибосома приняла привезённую аминокислоту, трёхбуквенный участок в матрице должен комплементарно совпасть с соответствующим участком в тРНК.

Метилирование цитозина, на которое обратили внимание учёные, приходилось на букву в лейциновой РНК, которая в матрице распознавала кодон ТТG. (То есть у тРНК метилировался цитозин, который соединялся с гуанином-G.) Такая модификация делала взаимодействие между рибосомой и тРНК с аминокислотой более прочным. А прочность взаимодействия влияет на вероятность включения этой аминокислоты в растущую цепь белка и, соответственно, на вероятность синтеза всей белковой молекулы.

Исследователи решили выяснить, в каких генах у дрожжей лейцин кодируется именно TTG. Из шести тысяч генов они нашли сорок, в которых более 90% всех лейцинов было закодировано с помощью TTG. Половина из них кодировала белки, входящие в состав рибосом. Учёные обратили внимание на рибосомный белок RPL22A, который имел двойника RPL22B, похожего на него по функциям. RPL22A состоял на 100% из лейцина, кодируемого TTG, тогда как в RPL22B таких лейцинов было лишь около 40%. То есть в присутствии пероксида водорода у RPL22A резко возрастают шансы к синтезу: модифицированная тРНК лучше взаимодействует с рибосомой на лейциновом TTG-кодоне, и увеличивается вероятность того, что белок со 100% такого лейцина будет собран.

Получается, что тРНК служит чем-то вроде антенны, улавливающей сигналы о химической атаке, и в соответствии с полученным сигналом она перераспределяет белок-синтезирующие мощности в пользу белков, которые могут справиться с опасностью. RPL22A, по словам учёных, оказывает опосредованное действие: его присутствие в рибосоме повышает интенсивность синтеза белков антипероксидной защиты. Очевидно, вырожденность кодонового словаря (когда одной аминокислоте соответствуют несколько «слов»-кодонов) используется клеткой для дополнительного разделения белков в соответствии с хозяйственными нуждами, и модифифкации в тРНК нужны для того, чтобы в зависимости от условий подстёгивать синтез разных групп протеинов.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.