Wissenschaftler erweitern das Wissen über Zellprozesse, die an vielen Krankheiten beteiligt sind

Wissenschaftler erweitern das Wissen über Zellprozesse, die an vielen Krankheiten beteiligt sind

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Anonim

vom Scripps Research Institute

Im Rahmen einer gemeinsamen Forschungsanstrengung mit der University of Michigan haben Wissenschaftler des Scripps Research Institute in Florida erstmals die Struktur eines der grundlegendsten Motoren der Zelle definiert, die für das Zellwachstum beim Zusammenbau erforderlich sind von seinen Bestandteilen.

Die Studie enthüllt eine Reihe redundanter Mechanismen, die die Produktion dieser kritischen Strukturen sicherstellen und gleichzeitig Fehltritte vermeiden, die zu deren Zerstörung oder zur Produktion inkorrekter Zellbausteine ​​führen könnten. Diese Ergebnisse werfen ein neues Licht auf einen Prozess, der in eine Reihe von Krankheitszuständen wie Krebs und Alzheimer integriert ist.

Die Studie, die am 11. August 2011 in der Online-Vorabausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, zeigt die Struktur eines Assemblierungsintermediats der kleinen ribosomalen Untereinheit.

Ribosomen, große makromolekulare Maschinen, die für das Zellwachstum in allen Organismen benötigt werden, katalysieren die Produktion von Proteinen in allen Zellen. Sie lesen den genetischen Code der Boten-RNA und katalysieren oder übersetzen diesen Code in Proteine ​​in Zellen, um sie aus Aminosäuren zusammenzusetzen.

Das Verständnis des Prozesses der Ribosomenassemblierung, der neben den vier RNA-Molekülen und 78 ribosomalen Proteinen, die Teil des reifen Ribosoms sind, fast 200 essentielle Proteine, die als "Assemblierungsfaktoren" bezeichnet werden, umfasst, ist aufgrund der Bedeutung von ein potenziell fruchtbares Forschungsgebiet Ribosomenanordnung für das Zellwachstum. Der Zusammenhang zwischen Defekten bei der Ribosomenassemblierung und Krebs weist eindeutig auf diesen Weg als neues Ziel für Krebsmedikamente hin.

In der aktuellen Studie verwendeten die Wissenschaftler die Kryo-Elektronenmikroskopie, um die 40S-Ribosomenstruktur abzubilden.

"Dies ist das am besten definierte ribosomale Assemblierungsintermediat, das wir je mit wahren strukturellen Informationen über die Position der einzelnen Assemblierungsfaktoren hatten", sagte Katrin Karbstein, Associate Professor bei Scripps Florida und eine der leitenden Autoren der Studie. "Es wird hilfreich sein, um festzustellen, was in einem noch relativ unbekannten Prozess vor sich geht."

Während die meisten Ribosomen im Nucleolus, einer Protein-Nucleinsäure-Struktur innerhalb des Nucleus, zusammengebaut werden, findet die endgültige Reifung im Cytoplasma statt, dem "allgemeinen" Zellkompartiment, in dem die Proteintranslation stattfindet. Im Zytoplasma treffen diese vorreifen ribosomalen Untereinheiten auf große Pools von reifen Untereinheiten, Messenger-RNA und verschiedenen Translationsfaktoren.

Dieser zelluläre Eintopf stellt eine einzigartige Herausforderung dar, insbesondere, um zu verhindern, dass der Translationsprozess vorzeitig auf die Untereinheiten einwirkt, was zu deren schnellem Abbau oder zur Produktion von falsch zusammengesetzten Proteinen führen würde - beides Prozesse mit potenziell tödlichen Folgen für die Zelle.

Die neue Studie zeigt, dass die gebundenen Assemblierungsfaktoren in einem hochredundanten und vielschichtigen Ansatz miteinander kooperieren, um solche Ereignisse zu verhindern. Dabei werden die Untereinheiten vor 40S überwacht, um zu verhindern, dass sie dem Translationsapparat zum Opfer fallen.

"Wir hatten gedacht, dass die Rolle der Assemblierungsfaktoren darin besteht, diese Zwischenform des Ribosoms zu entwickeln", sagte Karbstein. "Unsere neue Forschung hat jedoch gezeigt, dass diese Assemblierungsfaktoren auch eine Reihe von unerwünschten Ereignissen verhindern. Wenn eine dieser Zwischenformen vorzeitig an eine Messenger-RNA bindet, könnte kein Protein produziert werden, oder schlimmer noch, ein falsches Protein könnte entstehen." produziert werden und das könnte zum frühen Zelltod führen. "

Es sei darauf hingewiesen, dass dies eine einzige Momentaufnahme des späten Montageprozesses ist, fügte Karbstein hinzu. "Wir wissen besser, wie der Prozess funktioniert, aber dies ist keineswegs eine endgültige Aussage", sagte sie.