Белки — это бесконечно разнообразные молекулы, которые заставляют клетки работать. Ученые уже неплохо понимают, как они создаются. Но ключевой механизм их производства долгое время оставался спрятанным внутри загадочной структуры клетки — ядрышка.

Команда инженеров из Принстона разработала метод, который позволяет заглянуть внутрь ядрышка и разгадать его секреты. Раньше для этого приходилось разрушать клетку, что убивало почти все ее структуры и оставляло ученых с обрывками информации. Новый подход использует передовые методы визуализации и геномики, чтобы отслеживать движение молекул РНК прямо внутри живой клетки — без разрушения.

Теперь у нас есть карта происходящего в ядрышке — с точностью до времени и места, — говорит Клиффорд Брангуин, руководитель исследования.

Искусственное ядрышко

Ядрышко — самая крупная структура внутри клеточного ядра, отвечающая за рост клетки и реакцию на стресс. Одна из его главных задач — сборка рибосом, молекулярных фабрик по производству белков.

Рибосома — это молекулярная машина, которая собирает белки по инструкциям из РНК. Без рибосом клетка не смогла бы существовать: они как конвейеры на фабрике, где аминокислоты соединяются в нужной последовательности.

В журнале Nature вышла статья с описанием метода и первыми открытиями. Впервые ученые также создали упрощенную искусственную версию ядрышка. Эта модель поможет проверять гипотезы в будущих экспериментах.

Как устроена фабрика рибосом

Ядрышко похоже на многослойный шар. Внутри него — три слоя, каждый из которых состоит из жидкости с разными свойствами, как масло и вода. Эти слои участвуют в сборке рибосом.

РНК, произведенная в самом внутреннем слое, постепенно превращается в компоненты будущей рибосомы. По мере движения через слои эти компоненты достраиваются. София Киньодос и Лифэй Цзян, ведущие авторы работы, смогли проследить весь процесс в деталях.

Оказалось, если нарушить этот процесс, ядрышко буквально ломается. В одном эксперименте внешний слой отслоился и образовал «ожерелье» вокруг ядрышка. В другом — слои перевернулись, как вывернутый наизнанку карман.

Структура ядрышка зависит от РНК. Если что-то идет не так, вся система рушится, — объясняет Киньодос.

Контроль качества

Ученые выяснили, что на каждом этапе сборки рибосомы есть «контрольные точки». РНК переходит из одного слоя в другой, только если предыдущий этап завершен успешно.

Теперь команда изучает, как этот процесс нарушается при раке, где рибосомы производятся в избытке. Возможно, новые данные помогут найти уязвимости для терапии.

Этот метод открывает путь к пониманию болезней, связанных с нарушением производства белков — от рака до нейродегенеративных заболеваний. Если ученые найдут способ точечно вмешиваться в сборку рибосом, это может привести к созданию новых лекарств.

Искусственное ядрышко — упрощенная модель. Оно не учитывает всех факторов, которые есть в живой клетке. Возможно, некоторые процессы в реальности протекают иначе.

Ранее ученые выяснили, как крошечный белок строит рибосомы и рак.