Учёные из МГУ, работающие в международном коллективе структурных биологов раскрыли Как действуют мелкие молекулы, способствуя созданию полноценного белка клеткой при имеющихся генетических изменениях?
В каждом из нас могут быть патологические мутации в важных генах, но мы этого не замечаем, потому что большинство генов есть в двух экземплярах: от матери и от отца. Если партнеры будут носителями «поломок» в одном и том же гене, с определенной вероятностью у них может родиться ребенок с заболеванием.
Примерно одна десятая часть наследственных заболеваний связана с мутациями, приводящими к «преждевременным стоп-кодонам» в генах. Кодоны – это язык нашего генома, на котором закодированы белки. Стоп-кодон подобен точке: он завершает синтез белка. Если в ДНК происходит мутация, приводящая к появлению лишнего стоп-кодона «посреди предложения» (нонсенс-мутация), то вместо полноценного белка создаётся «обрубок», не способный выполнять функцию.
Это вызывает патологию. Типичные примеры таких заболеваний – муковисцидоз, мышечная дистрофия Дюшенна, гемофилия и ряд других. Нонсенс-мутации часто возникают в важных «генах-стражах» (онкосупрессорах) клеток нарождающейся опухоли, которая начинает особенно быстро разрастаться, становиться злокачественной и вызывает рак.
В клетках синтез белка осуществляют рибосомы – молекулярные машины, перемещающиеся по мРНК и «читающие» кодоны. Рибосомы переводят кодоны на язык аминокислот, из которых состоят белки, постепенно создавая белковую цепь. Натыкаясь на стоп-кодон, рибосома завершает синтез. Но что если научиться «подсказывать» рибосоме, какой стоп-кодон «правильный», а какой – «ложный»? «Правильные» стоп-кодоны обычно находятся ближе к концу цепочки мРНК и лучше узнаются рибосомой, а мутантные стоп-кодоны расположены в случайном месте и часто являются слабым сигналом. Если подобрать вещества, которые заставляли бы рибосому чаще ошибаться при прочтении стоп-кодона, ошибки чаще случались бы на «неправильных» стопах.
Специалисты из разных стран много лет разыскивают такие соединения. Сейчас найдено уже более пятидесяти. Самые известные – аминогликозиды: генецитин, паромомицин и другие. Но высокая токсичность этих веществ серьёзно ограничивает их использование.
«Недавно, изучая научную литературу по этой теме, мы нашли малоизвестную статью, которая сильно заинтересовала нас», — говорит соавтор работы, заведующий отделом взаимодействия вирусов с клеткой НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ. Сергей ДмитриевВ исследовании утверждалось, что вещество мефлоквин, принадлежащее к классу хинолинамов, при добавлении к клеткам вместе с аминогликозидами многократно усиливало их действие на преодоление стоп-кодона. Само по себе мефлоквин такого эффекта не проявляло, но позволяло существенно снизить дозу токсичного аминогликозида. Однако механизм работы этого вещества оставался неизвестным, а эффект был продемонстрирован только для мРНК одного конкретного гена.
Авторы обсудили это с коллегами из Института генетики, молекулярной и клеточной биологии Страсбургского университета – структурными биологами под руководством профессоров Марата и Гульнары Юсуповых. У этих учёных уже было несколько выдающихся работ по анализу комплексов рибосомы с аминогликозидами. Вместе с ещё одним коллективом из Нидерландов, а также с учёными из Казани, им удалось с помощью методов рентгеноструктурного анализа и криоэлектронной микроскопии выяснить, что молекула мефлоквина связывается непосредственно с рибосомой, и определить структуру этого комплекса. Авторы исследования помогли с анализом действия вещества на клетки человека.
Наша работа состояла в подтверждении действия мефлоквина на синтез не только одного белка, исследованного в первой статье. Анастасия Сухинина— Создали искусственные мРНК с стоп-кодоном, блокировавшим выработку светящегося белка (нанолюциферазы). Доказали, что при добавлении мефлоквина вместе с аминогликозидом в клетки, где находилась эта мРНК, яркость клеток частично восстанавливалась.
Работа, опубликованная Международная группа ученых опубликовала в престижном научном журнале PNAS статью, которая позволила не только продвинуться в понимании характера действия мефлоквина, но и уточнить механизм работы аминогликозидов. Эти данные открывают путь к разработке других подобных «усилителей» сквозного прочтения стоп-кодонов, которые в перспективе могут помочь сотням тысяч пациентов с наследственными заболеваниями, вызванными нонсенс-мутациями. Работа была частично поддержана грантом РНФ.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com