Белковый эксперимент: методы системной биологии на службе биосинтеза белка
23 марта в рамках проведения цикла онлайн-мероприятий междисциплинарной научной-образовательной школы МГУ имени М.В. Ломоносова «Молекулярные технологии живых систем и синтетической биологии» Сергей Дмитриев, заведующий отделом НИИ физико-химической биологии имени Белозерского МГУ, рассказал о механизмах биосинтеза белка с помощью методов системной биологии.
Функции каждой клетки организма, по сути, определяются белковой структурой. Однако жизнь белка непродолжительна. Без постоянного синтеза новых молекул клетки просто не смогут должным образом работать, поэтому биосинтез белка является одним из ключевых процессов в организме человека. Каждый белок обладает определенным набором свойств, заданных последовательностью расположения аминокислот в молекулах. А их правильное расположение – задача генов (частей ДНК, содержащих наследственную информацию). А что если что-то в этой истории пойдет не так, как тогда будет проходить биосинтез?
Ученые лаборатории системной биологии старения МГУ задались этим вопросом и провели исследование на дрожжах при помощи метода рибосомного профайлинга. Метод позволяет сфотографировать мРНК (одна их трёх основных элементов, которые содержатся к клетках всех живых организмов) и посмотреть что транслируется в клетке. С помощью специального экстракта ученые разрушают мРНК. Это позволяет увидеть биосинтез белка и изменить его структуру. «Началась эта история 10 лет назад, когда мы биохимическими ме-тодами открыли новый белок, мы назвали его elF2D, ему официально присвоили это название в номенклатуре человеческих белков», – рассказал Сергей Дмитриев.
В итоге ученые пришли к выводу, что на большинстве генов с мутациями обнаружились проблемы на стадии распада на компоненты. Белки, пытаясь восполнить недостающие гены, смещали весь процесс биосинтеза. В ходе данного эксперимента была найдена новая функция белков, которая работает в «сломанных» генах. Белки контролируют как восполнение недостающего гена, так и повторное вступление рибосом в цикл биосинтеза.
Не менее важным экспериментом лаборатории стало изучение изменения биосинтеза белка в органах животных с возрастом. При помощи того же рибосомного профайлинга изучали органы мышей. В ходе эксперимента было взято 6 мышей разного возраста от 1 до 32 месяцев. «Мы впервые проанализировали, как меняется биосинтез белка с возрастом и пришли к выводу, что на уровне трансляции (процесса синтеза белка, который происходит в клетках) снижается экспрессия генов, которая нужна для этого процесса, уменьшается число компонентов трансляционного аппарата (место, где происходит био-синтез), и это происходит именно на уровне биосинтеза белка», – отметил лектор. Таким образом, активность биосинтеза белка в клетках молодых мышей идет интенсивно, а вот в клетках взрослых особей она падает из-за сни-жения синтеза компонентов самого трансляционного аппарата, который осуществляет синтез белка.
Еще один метод, разработанный учеными МГУ, помогает анализировать активность ингибиторов (веществ, подавляющих или задерживающих физико-химические процессы в клетках). Ресурсы лаборатории позволяют изучать активность живых клеток, показывать специфичное влияние ингибиторов на биосинтез белка. Подобные исследования важны, в первую очередь, для повышения эффективности противораковой терапии, лечения воспалений и вирусов. Так, на данный момент лаборатория в поисках ингибиторов коронавирусной инфекции.
Напомним, лаборатория системной биологии старения была создана в 2017 году на базе НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ в рамках программы грантов Правительства РФ.