Trójwymiarowy model rybosomu
Duńskim badaczom udało się stworzyć trójwymiarowy wirtualny model działania rybosomu, czyli istotnego elementu dla naszego – i w ogóle każdego – życia, odpowiedzialnego za produkcję białek w żywych organizmach. To osiągnięcie warte odnotowania, ponieważ dzięki niemu łatwiej nam będzie zrozumieć jeden z kluczowych procesów życiowych: produkcję białka zaprojektowaną przez geny i wykonywaną przez rybosomy.
W każdej komórce naszego ciała znajdują się rybosomy, niezwykle złożone „maszyny” zajmujące się produkcją białek, z których to ciało jest zbudowane. Jeżeli zastanawialiście się kiedyś, jak to się dzieje – na poziomie komórkowym – że rośniemy, odbudowujemy tkanki, zmieniamy się, to odpowiedź jest właśnie tam – w rybosomach. Zespół duńskich badaczy przedstawił właśnie badania, w których opisał, jak dokładnie zbudowane są i jak działają rybosomy.
– To niesamowite, że udało nam się zwizualizować szczegóły atomowe rybosomu, który jest naprawdę malutki, ma około 20–30 nanometrów – opowiada profesor Eva Kummer z Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, współautorka badań.
Rybosom jest częścią komórki składającą się z rybosomalnego RNA i białek rybosomalnych. Jest jak fabryka, która buduje białka, korzystając z zestawu instrukcji zawartych w genach. Rybosomy unoszą się w cytozolu komórkowym, organellach komórkowych, takich jak mitochondria lub protoplazma bakterii.
Korzystając z mikroskopii elektronowej, prof. Kummer i jej współpracownicy – Giang Nguyen i Christina Ritter – zdołali stworzyć trójwymiarowy model rybosomu. A ujmują to precyzyjniej, wykonali migawki pokazujące, jak rybosom powstaje.
– Zrozumienie tego, jak działa rybosom i jak jest zbudowany, uważamy za niezwykle ważne, ponieważ jest to jedyna cząsteczka komórkowa wytwarzająca białka zarówno u ludzi, jak i u wszystkich innych żywych organizmów. A bez białek nie byłoby życia – mówi Kummer.
Wyjaśnijmy – białka są głównymi elementami budulcowymi ludzkiego ciała. Nasze serce, płuca, mózg i zasadniczo całe ciało zbudowane są z wielu różnych białek wytwarzanych przez rybosomy. Ponieważ nic nie jest dla nas tak oczywiste i codzienne, jak nasze ciało, to wydaje się nam ono całkiem proste, a to, że działa, zdaje się zwyczajne. Nie pamiętamy, że każda jego część składa się z milionów niezwykle złożonych cząsteczek. To niesamowite, że każda cząsteczka doskonale wie, co ma robić i jak działać – wyjaśniają biolodzy.
Same rybosomy też są bardzo złożone – powstają z ponad 80 różnych składników. Zespół prof. Kummer stworzył trójwymiarowe modele trzech różnych etapów powstawania rybosomów.
– Rybosom to złożona cząstka budowana z wielu białek i składników RNA – które należy złożyć, połączyć i przenieść we właściwe miejsce. Nie wszystko dzieje się od razu. Składanie rybosomów to stopniowy proces obejmujący kilka etapów – wyjaśnia badaczka.
Jej zdaniem z trzech etapów najciekawszy jest model opisujący najwcześniejszy moment złożenia, którego nikt jak dotąd jeszcze nie opisał. Zainteresowanie autorów wzbudziło szczególnie białko określona jako GTPBP10. Zauważyli, że chętnie wchodzi ono w interakcję ze składnikiem RNA tworzącym długą helisę. Na dole tej helisy znajduje się katalityczne centrum rybosomu, w którym powstają białka. Dlatego, podkreślają badacze, tak ważne jest, aby helisa była złożona i prawidłowo umieszczona. Aby to osiągnąć, GTPBP10 chwyta helisę i umieszcza ją we właściwej pozycji do syntezy białek.
To oczywiście tylko jeden z wielu kolejnych etapów powstawania rybosomów. Celem badań autorów publikacji jest opisanie tego procesu krok po kroku. Jedynie w ten sposób możliwe będzie dokładne zrozumienie tego, jak powstaje i jak działa rybosom. A to pierwszy krok do tego, aby mieć wpływ na jego działanie i nauczyć się, jak reagować, kiedy coś przestaje działać.
– Błędy w składaniu rybosomów poważnie zmniejszają zdolność naszych komórek do wytwarzania białek. A są to przecież białka, które na przykład przekształcają energię ze spożywanego pożywienia w energię, której organizm może użyć do uruchomienia wszelkiego rodzaju procesów komórkowych – tłumaczy dalej prof. Kummer. Jeżeli mitochondrialny rybosom nie działa, nasz organizm nie jest już w stanie wytwarzać wystarczającej ilości tzw. „monet energetycznych”, co prowadzi do chorób, takich jak choroby neurodegeneracyjne i choroby serca. W miarę starzenia się produkcja tych monet energetycznych również przebiega coraz mniej wydajnie.
Badania: Thu Giang Nguyen et al, Structural insights into the role of GTPBP10 in the RNA maturation of the mitoribosome, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43599-z
Opracowano na podstawie artykułu Researchers produce 3D model of the ribosome and visualize how it is made opublikowanego na portalu Phys.org, a dostarczonego przez Uniwersytet Kopenhaski.
