ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Научные достижения химического факультета
06.06.2022

Химики МГУ с коллегами выяснили
химический механизм неспособности к обучению

Сотрудники химического факультета и института функциональной геномики МГУ, а также Сколтеха вместе с коллегами из Стокгольмского университета (Швеция) установили механизм сборки молекулярных машин, создающих белки клеточных "батареек"-митохондрий. Статья учёных опубликована в Nature. Мыши с нарушением этого механизма оказались туповатыми.

В клетках человека есть маленькие энергетические фабрики -- митохондрии. Когда-то они образовались из бактерий, которых давным-давно поглотили эукариоты. После многочисленных преобразований получились животные, в том числе и люди.

При этом в нашем организме сохранились два независимых аппарата экспрессии генов. Экспрессия – это процесс, в котором наследственная информация из ДНК преобразуется в РНК и затем в белок. "Один из процессов работает в ядре и цитоплазме и достался нам в наследство от архей, хоть и в сильно видоизмененном виде, -- рассказывает один из соавторов работы, профессор кафедры химии природных соединений химического факультета и директор института функциональной геномики МГУ, член-корреспондент РАН Пётр Сергиев. – Другой, независимый, реализуется в митохондриях, и он достался нам, соответственно, от бактерий. Соответственно, у нас в организме есть два вида рибосом – два аппарата синтеза белка. Рибосомы эти собираются на основе рибосомной РНК путем присоединения к ней различных молекул".

Как происходит сборка рибосомы в ядре и цитоплазме, ученые знают довольно неплохо. "Мы же исследуем то, что происходит в митохондриях, потому что это пока известно плохо, -- продолжает профессор Сергиев. – И вот два года назад мы открыли два фермента, которые модифицируют рибосомную РНК и участвуют в сборке митохондриальных рибосом. С помощью анализа промежуточных стадий сборки рибосом мы определили, на каком этапе эти ферменты – метилтрансферазы – работают, как они помогают сборке и что в сборке идёт не так".

Затем химики МГУ начали сотрудничество с группой Алексея Амунтса из Стокгольмского университета, которая специализируется на структурных исследованиях митохондриальных рибосом. "В ходе этого сотрудничества наш сотрудник Иван Лаптев привёз в Стокгольм генетически измененные линии клеток, в которых были инактивированы ключевые, по нашему мнению, метилтрансферазы, -- рассказывает Пётр Сергиев. -- Стокгольмские коллеги выделили митохондрии, в которых содержались недостроенные рибосомы, и определили их структуру, визуализировав процесс сборки". Структурный анализ полностью подтвердил результат ученых из МГУ, полученный на основе на функциональных данных.

У расшифрованного механизма оказалось серьёзное прикладное применение. Ученые химического факультета и института функциональной геномики МГУ с коллегами из Сколтеха вырастили мышей с инактивированными ферментами, и посмотрели, "что с ними не так". "Оказалось, эти мыши слабые, невыносливые и необучаемые, -- рассказал Пётр Сергиев. – Мы пытались их обучать разными способами. Например, один из стандартных экспериментов заключается в том, что животное сажают в освещённый ящик, из которого есть несколько выходов. Все, кроме одного заканчиваются тупиком, один же ведёт в её домашнюю клетку, где ей уютно и комфортно. Нормальная мышь, найдя правильный выход, запоминает его, и в следующий раз сразу бежит к нужному выходу. Но мышь с инактивированными ферментами запомнить правильный путь не может и раз за разом ищет его заново". Статья об этой работе вышла в IJMS.

Ученые объясняют такую функциональную тупость тем, что митохондрии – энергетические фабрики клетки. Они продуцируют большую часть энергии. "Это клеточные батарейки. И если они разряжены, клетка нормально работать не может. Особенно сильно это сказывается при работе мышц и мозга, --- пояснил Пётр Сергиев, -- хотя внешне выглядят такие мыши вполне нормально".

Как отметил ученый, детали механизма ещё требуют серьёзного изучения, поэтому впереди ещё много фундаментальных исследований.

Ссылка на статью:
Yuzuru Itoh, Anas Khawaja, Ivan Laptev, Miriam Cipullo, Ilian Atanassov, Petr Sergiev, Joanna Rorbach, Alexey Amunts
Mechanism of mitoribosomal small subunit biogenesis and preinitiation
Nature (2022)
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04795-x

Авто фото: Юлия Чернова; Фото из личного архива Петра Сергиева

 



Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору