核糖体质量控制

在细胞内形成大分子机器通常是复杂的。维尔茨堡大学和哥廷根大学的生物化学家现在已经揭开了这些过程的新细节。他们表明，细胞投入了大量精力来防止生产错误。蛋白质在细胞内形成较大的大分子结构的组装与核糖体相关联，从而通过翻译过程与它们合成。这是维尔茨堡大学科学家和哥廷根生物物理化学马克斯普朗克研究所(MPI)最近研究的结果。在这种情况下，核糖体起着质量“检查点”的作用：它们确保新构建的蛋白质直接进入大分子复合物的生产线。研究人员在期刊Cell Reports和EMBO Journal上发表了他们的研究结果。

在分子水平上玩乐高

“在分子水平上将其视为乐高积木：在产品完成之前，将一块砖连接到下一块砖上。如果只使用一块有缺陷或错误的砖块，整个建筑物可能会因此受到损害。” Utz Fischer教授在维尔茨堡大学担任生物化学主席。多年来，他一直在研究如何在细胞内组装所谓的“大分子机器”。他的研究重点是剪接体：这些大型RNA蛋白复合物是细胞内基因表达的重要组成部分。他们的工作是删除不包含任何蛋白质编码信息的信使RNA中的那些部分，并将携带信息的相关部分联合起来。

在他们最近的工作中，Fischer的团队与来自哥廷根的同事们已经找到了所谓的snRNP的整个生产序列，即构成剪接体的亚基 - 从单个组件的合成到组装和组合到功能机器中。他们在这个过程中发现了一个迄今为止意想不到的玩家：核糖体。

核糖体的作用

核糖体是遗传信息(以mRNA的形式)翻译成蛋白质的实体。直到最近，这些单一蛋白质如何随后组装形成大分子机器还没有被完全破译。然而有一点是肯定的：核糖体将单个蛋白质释放到它们漫游的细胞内部以寻找匹配对应物的概念绝对不是真的。生物物理化学MPI项目组负责人Ashwin Chari表示，“细胞内部过于拥挤”。蛋白质过长会形成复合物; 在最坏的情况下，它们会卡住形成错误的结构并聚集在一起导致严重的疾病，例如阿尔茨海默氏症。

“因此，活细胞中必须存在一种机制，它可以保护核糖体中新合成的蛋白质，并且只允许它们与正确的对应物结合，”Elham Paknia说道，他实验性地领导了整个项目。科学家们已经能够证明这种假设第一次是真的。因此，核糖体在合成后不会随机地将蛋白质释放到胞质溶胶中，而是将它们保持回去，直到特定的辅助物，即所谓的分子伴侣，递送匹配的对应物。在这样做时，核糖体确保仅形成一种预期结构，因此除了生产之外还采用“质量检验员”的作用。

巨大的监管投资

根据科学家的说法，“极高质量标准”是细胞功能的基本原理。他们能够证明，在组装大分子机器时，通常会涉及比构建模块更多的伴侣。当观察细胞的能量平衡时，这一点也变得明显：“催化本身所需的资源远少于调节和控制，”Utz Fischer说。

巨大的努力是合理的：例如，在剪接体组装期间的错误引发脊髓性肌肉萎缩。该疾病的特征在于运动神经元的丧失，尤其是在脊髓中，导致受累个体的肌肉萎缩和麻痹。蛋白质错误折叠也被认为引起从糖尿病到阿尔茨海默氏症的各种其他疾病。

一般原则

尽管Fischer和他在哥廷根的同事通过使用剪接体的构建模块作为模型系统阐明了核糖体在组装大分子中的作用，但研究人员确信这不是一个孤立的案例。“我们有充分的理由相信这是一般原则”，Chari说。毕竟，其他大分子也需要在相同的拥挤环境下合成，同时保持最高的安全标准。