Οι επιστήμονες δείχνουν ότι τα μηχανήματα παραγωγής πρωτεϊνών μπορούν να αλλάξουν τα γρανάζια με μια μικρή διαδικασία δομικής αλλαγής

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό "Molecular Cell", οι επιστήμονες έχουν ρίξει φως στον τρόπο με τον οποίο τα μηχανήματα παραγωγής πρωτεϊνών εντός των κυττάρων μπορούν να αλλάξουν τα γρανάζια και να παράγουν διαφορετικές πρωτεΐνες με αξιοσημείωτη ακρίβεια. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει νέες ιδέες για τις θεμελιώδεις διεργασίες που διέπουν την έκφραση των γονιδίων και τη σύνθεση πρωτεϊνών, οι οποίες είναι απαραίτητες για τη λειτουργία όλων των ζωντανών οργανισμών.

Στην καρδιά της πρωτεϊνικής σύνθεσης βρίσκεται το ριβόσωμα, μια σύνθετη δομή που αποτελείται από μόρια RNA και πρωτεΐνες. Τα ριβοσώματα διαβάζουν τις γενετικές πληροφορίες που κωδικοποιούνται στο RNA Messenger (mRNA) και το χρησιμοποιούν για να συναρμολογήσουν αμινοξέα σε αλυσίδες πρωτεϊνών. Η ακρίβεια αυτής της διαδικασίας είναι κρίσιμη, καθώς ακόμη και οι μικρές αποκλίσεις μπορούν να έχουν βαθιές επιδράσεις στη λειτουργία των πρωτεϊνών.

Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τους επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, επικεντρώθηκε σε ένα συγκεκριμένο βήμα στη σύνθεση πρωτεϊνών γνωστή ως εκκίνηση μετάφρασης. Αυτό το βήμα περιλαμβάνει τη δέσμευση ενός ριβοσώματος στο mRNA και την πρόσληψη άλλων παραγόντων για να ξεκινήσει η συναρμολόγηση της αλυσίδας πρωτεϊνών.

Χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό βιοχημικών και δομικών τεχνικών, οι επιστήμονες εντόπισαν μια μικρή διαρθρωτική αλλαγή που επιτρέπει στο ριβόσωμα να μεταβεί από τη μετάφραση ενός mRNA σε άλλο. Αυτή η αλλαγή περιλαμβάνει την κίνηση ενός μόνο πεδίου μέσα στο ριβόσωμα, το οποίο εκθέτει μια θέση δέσμευσης για έναν συγκεκριμένο παράγοντα πρωτεΐνης. Αυτός ο παράγοντας πρωτεΐνης, με τη σειρά του, προσλαμβάνει ένα άλλο σύνολο παραγόντων που αναγνωρίζουν το κωδικόνιο έναρξης στο νέο mRNA, ξεκινώντας τη μετάφραση μιας διαφορετικής πρωτεΐνης.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι αυτή η δομική αλλαγή μπορεί να ρυθμιστεί από τη συγκέντρωση ενός μικρού μορίου που ονομάζεται τριφωσφορική γουανοσίνη (GTP) εντός του κυττάρου. Το GTP δρα ως μοριακός διακόπτης, προωθώντας την αλλαγή διαμόρφωσης όταν τα επίπεδα του είναι υψηλά και αναστέλλονται όταν τα επίπεδα του είναι χαμηλά.

Αυτός ο ρυθμιστικός μηχανισμός επιτρέπει στα κύτταρα να ελέγχουν τη μετάφραση διαφορετικών mRNAs και να ρυθμίζουν την παραγωγή συγκεκριμένων πρωτεϊνών σε απόκριση σε μεταβαλλόμενες κυτταρικές συνθήκες ή περιβαλλοντικά σημεία. Για παράδειγμα, όταν ένα κύτταρο πρέπει να παράγει περισσότερο από μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη, μπορεί να αυξήσει τα επίπεδα του GTP, γεγονός που με τη σειρά του προάγει τη δομική μεταβολή του ριβοσώματος και διευκολύνει τη μετάφραση του αντίστοιχου mRNA.

Τα ευρήματα αυτής της μελέτης εμβαθύνουν την κατανόησή μας για τους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν τη σύνθεση πρωτεϊνών και την γονιδιακή έκφραση. Με την αποκρυπτογράφηση του τρόπου με τον οποίο το ριβόσωμα μπορεί να αλλάξει τα γρανάζια και να προσαρμοστεί σε διαφορετικά mRNAs, οι επιστήμονες αποκτούν γνώσεις σχετικά με την περίπλοκη ρύθμιση των κυτταρικών διεργασιών και την ανάπτυξη δυνητικών θεραπευτικών στρατηγικών για ασθένειες που προκαλούνται από παραφυγή πρωτεΐνης ή δυσλειτουργία.