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
