Консервативные белки инактивируют материнские рибосомы в яйцеклетке

В ходе оогенеза образуется большое количество рибосом, однако трансляция генов на ранних этапах эмбриогенеза подавлена. Известны механизмы подавления трансляции, связанные со стабилизацией и инактивацией материнских мРНК. В новой статье, опубликованной в журнале Nature, ученые обнаружили молекулярный механизм подавления активности рибосом на ранних этапах развития.

Сначала ученые установили, в какой момент происходит активация трансляции у эмбрионов Danio rerio. Они выделили фракцию рибосом и показали, что в яйцеклетке и в зиготе в течение часа после оплодотворения рибосомы присутствуют в виде моносом, нет активной трансляции. Однако по мере развития эмбриона рибосомы собираются в полисомы, а уровень трансляции увеличивается.

Основываясь на полученных результатах, ученые выделили из яйцеклеток и эмбрионов рыбок данио и лягушек Xenopus laevis рибосомы и проанализировали их с помощью масс-спектрометрии. Относительная доля коровых белков рибосом оставалась неизменной в ходе развития. Однако авторы обнаружили четыре консервативных белка — паралоги eIF5a/eIF5a2, eEF2b, Habp4 и Dap1b/Dap, которые в большом количестве встречались в яйцеклетках и в эмбрионах в первые часы развития, но в меньших количествах — в эмбрионах на более поздних стадиях.

Далее с помощью криоэлектронной микроскопии авторы выявили участки на рибосоме, с которыми взаимодействуют найденные белки. Так, Habp4 связывает канал входа мРНК и запирает eEF2 на А-сайте. Белки eIF5a/eIF5a2 были обнаружены между P-сайтом и E-сайтом. Dap1b/Dap связываются с рибосомным туннелем — местом выхода синтезируемого полипептида.

Опираясь на литературные данные, авторы предположили, что белки Habp4 и Dap1b/Dap играют ключевую роль в инактивации рибосом и подавлении трансляции. Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи продолжили эксперименты на рыбках, у которых экспрессия Habp4 или Dap1b/Dap была подавлена. Так, в ранних зародышах рыб с выключенным геном Habp4 было меньше рибосом, из чего авторы сделали вывод, что этот белок отвечает за их стабилизацию. При нокауте Dap1b/Dap у мутантных зародышей увеличивался уровень трансляции по сравнению с контролем, что говорит о том, что в норме Dap1b/Dap блокируют процессы трансляции. Нокауты сразу по трем генам приводили к ухудшению качества икры, а также к нарушениям развития у трети зародышей.

Эксперименты in vitro на клетках кролика показали, что Dap1b играет ключевую роль в остановке трансляции. Так, при добавлении рекомбинантного Dap1b к клеточному лизату, в котором имелась молекулярная машинерия для синтеза репортерного белка (люциферазы), его синтез значительно снижался. В то же время добавление Dap не подавляло синтез люциферазы.

Таким образом, в новой работе был показан новый молекулярный механизм подавления трансляции с участием консервативных белков eIF5a/eIF5a2, eEF2b, Habp4 и Dap1b/Dap, связывающих важные участки на рибосоме. Благодаря ему материнские рибосомы остаются в неактивном состоянии в первые часы развития. 

Как собираются митохондриальные рибосомы