Рибосомы — это молекулярные машины, которые производят все белки в клетке, собирая их по одной аминокислоте за раз. При этом новые белки одновременно пытаются свернуться, оставаясь связанными с родительской рибосомой. Это называется ко-трансляционным сворачиванием белка.

Учёные до сих пор не знают, как именно происходит сворачивание белков.

Этот процесс необходим для безопасного и эффективного производства новых белков в их функциональном состоянии. Если белки не могут свернуться или сворачиваются неправильно, это может привести к различным заболеваниям.

Большинство знаний о сворачивании белков получено в результате лабораторных экспериментов с изолированными полипептидами в растворе. Однако результаты таких экспериментов трудно согласовать с данными исследований сворачивания белков на рибосоме — более реалистичной экспериментальной среде.

Учёные выяснили, что рибосомы играют более важную роль в процессе сворачивания белков, чем предполагалось. Они направляют пути этого процесса, влияя на энергию и стабильность новых пептидных цепей.

Исследователи получили снимки синтеза белка на рибосомах и показали, как термодинамика ко-трансляционного сворачивания отличается от термодинамики сворачивания в растворе. Оказалось, что рибосомы влияют на свойства развёрнутых белков.

На рибосоме развёрнутые белки приобретают расширенную структуру, а вне её становятся более компактными и сферическими. Это явление называется «энтропийной дестабилизацией». Оно является основной причиной того, что рибосома изменяет путь сворачивания белка. В результате образуются промежуточные продукты ко-трансляционного сворачивания — частично свёрнутые формы зарождающегося белка, которые нестабильны в изоляции, но сохраняются на рибосоме.

Эти термодинамические эффекты помогают рибосоме защищать зарождающиеся белки от разворачивания, вызванного мутациями.

Ко-трансляционное сворачивание — важный механизм продуктивной эволюции белков. Он облегчает сборку белков в процессе биосинтеза. Но также может способствовать неправильному сворачиванию, связанному с заболеваниями. Это показывает, что рибосома важна для жизни, но также может быть причиной болезней.

Профессор Джон Кристодулу (UCL Structural & Molecular Biology) рассказал, что рибосомы играют более важную роль в сворачивании белков, чем считалось ранее. Это значит, что будущие исследования этого компонента жизни должны включать изучение роли рибосом.

Большинство белков могут сворачиваться в активные формы только во время биосинтеза на рибосоме. Понимание этого процесса и структур ко-трансляционных промежуточных продуктов важно для понимания болезней.

Поскольку некоторые белки связаны с такими заболеваниями, как рак, учёные надеются продолжить исследования, чтобы определить, можно ли использовать новые знания о сворачивании белков на рибосомах для разработки новых методов лечения.

Результаты опубликованы в издании Nature.