Описан механизм высвобождения «зависших» рибосом у бактерий

У бактерии Escherichia coli примерно в одном случае из 250 рибосома «зависает» на мРНК и, остановившись, не может продолжать синтез белка. Остановка рибосомы во время синтеза белковой цепочки может происходить по разным причинам, например, из-за химических повреждений мРНК или медленно считываемых кодонов, а иногда трансляции препятствует сам синтезируемый пептид. «Зависшие» рибосомы у бактерий высвобождаются транспортно-матричными РНК (тмРНК). Молекула тмРНК внедряется в туннель для мРНК в рибосоме и забирает ее на себя. Трансляция тмРНК завершается на стоп-кодоне, после чего субъединицы рибосомы становятся свободными.

Долгое время был неизвестен механизм внесения разрыва в мРНК, который необходим для привлечения тмРНК. В новой статье, опубликованной в Nature, охарактеризована эндонуклеаза SmrB, которая вносит разрыв в мРНК с 5’-конца от рибосомы и делает возможным взаимодействие рибосомы с тмРНК.

Авторы исследования провели скрининг мутаций E. coli, которые позволяют ей успешно транслировать очень сложный мотив в составе мРНК. Этот мотив разделял ген, кодирующий люциферазу NanoLuc, и ген, кодирующий белок устойчивости к антибиотику блеомицину. Если рибосомы в мутантной клетке «зависают» на трансляции сложного участка и высвобождаются, то бактерии лишаются устойчивости к антибиотику. Если же высвобождения рибосомы не происходит, то она доходит до синтеза белка устойчивости, поэтому таких мутантов можно отобрать на среде с антибиотиком.

Ученые создали библиотеку нокаутных штаммов из пяти миллионов мутантов E. coli, в которых различные гены были инактивированы за счет случайного внедрения транспозазы Tn5. Анализ мутантов, выживающих на среде с антибиотиком, показал, что у них вставка Tn5 обнаруживается в гене smrB более чем в 3 000 раз чаще, чем в среднем по геному. Этот ген кодирует эндонуклеазу. Мутанты, лишенные функционального гена smrB, способны к трансляции мРНК, содержащих сложные для считывания мотивы. При этом они сверхчувствительны к условиям, способствующим повсеместной задержке рибосом на различных эндогенных транскриптах.

Дальнейшие эксперименты показали, что эндонуклеаза SmrB действительно вносит разрыв в мРНК с 5’-стороны от «зависшей» рибосомы. Благодаря этому рибосома может взаимодействовать с тмРНК. Привлечение SmrB к «зависшей» рибосоме происходит при ее столкновении с следующей за ней рибосомой, транслирующей тот же транскрипт. Чтобы детально изучить взаимодействие SmrB с рибосомой, исследователи получили структуру комплекса из двух столкнувшихся рибосом (дисомы), а также дисомы с SmrB. Они показали, что SmrB действительно распознает столкнувшиеся рибосомы без участия дополнительных факторов.