Nature Chemistry：核糖体功能研究的新方法

科学家报告了一种多肽稳定附着在tRNA上的方法，通过确定核糖体的原子级结构和多肽在核糖体内的形状，使他们对核糖体功能有了新的基本认识。

　　

   

   

图:说明Syroegin等人开发的天然化学结扎方法的原理。将半胱氨酸氨基酸(红色)添加到tRNA(左上蓝色)中，可以使tRNA融合到肽(左下黄色)中。由此得到的核糖体结构(中)和捕获的核糖体内部肽基trna的电子密度图(右)是在UIC实验中通过x射线晶体学得到的。    

在被称为核糖体的微小细胞机器中，被称为信使rna (mRNAs)的遗传物质链与相应的转移rna (tRNAs)相匹配，形成氨基酸序列，这些氨基酸作为蛋白质离开核糖体。未完成的蛋白质被称为新生链体，它们被留在核糖体上。

科学家们知道，其中一些新生的链可以调节核糖体的活性，而且新生的链有时会干扰抗生素——许多抗生素是通过针对细菌核糖体活性起作用的。科学家们不知道为什么会发生这种情况，主要是因为当未完成的蛋白质仍然连接在核糖体上时，很难想象核糖体-肽-药物之间的相互作用是什么样子的。

现在，伊利诺伊大学芝加哥分校的科学家第一个报道了一种多肽稳定附着在trna上的方法，这使他们通过确定核糖体的原子级结构和这些多肽在核糖体内的形状，对核糖体功能有了新的基本认识。

“我们面临的挑战是近距离观察核糖体的结构和新生肽存在时的出口通道，因为在自然界中，核糖体非常容易让我们捕捉图像或进行实验，”文理学院生物科学系副教授尤里·波利卡诺夫(Yury Polikanov)说。“在这种新方法出现之前，我们基本上看不到核糖体活性部位在这个关键时刻发生了什么。”

Polikanov和他的同事Egor Syroegin (UIC生物科学博士候选人)使用了一种叫做原生化学结扎的方法，将自定义多肽与tRNA融合，生成所谓的肽基tRNA。

Polikanov说:“获得与多肽相连接的tRNA分子，类似于蛋白质合成过程中核糖体内的那些分子，一直是该领域许多研究人员近20年来的梦想。”“这是非常具有挑战性的，因为没有酶可以直接将肽连接到tRNA上。”

“这种方法在化学中已经使用了很长时间，但从未以这种方式应用过。它基本上是在模仿自然，有了先进的成像经验，我们现在可以在高分辨率下看到自然是如何工作的，”Syroegin说。

通过这种新方法，Polikanov和Syroegin确定了一组携带不同长度肽基trna的核糖体的高分辨率结构。

Polikanov说，对这些结构的详细分析为核糖体催化中心的机制提供了新的、令人惊讶的见解，并回答了核糖体领域几个长期存在的基本问题。

Syroegin说:“我们发现，根据不同的序列，不同的肽可以在核糖体隧道内形成不同的形状或褶皱，我们可以合成不同序列的不同肽，然后非常精确地遵循它们的形状，因为我们的结构具有高分辨率。”“所以现在，我们可以非常自信地说，‘这些肽，这个序列，有这个形状’或‘另一个肽有另一个形状。’这很重要，因为新生肽折叠决定了药物是否会抑制核糖体。”

“这种方法为结构和功能研究开辟了无数的途径，旨在理解核糖体功能的机制，以及由某些抗生素诱导的序列特异性核糖体停滞，”Polikanov说。

Polikanov和Syroegin是这篇论文的共同作者，“从非阻滞核糖体新生链复合体的结构洞察核糖体功能”，以及?Elena Aleksandrova, UIC生物科学系的研究专家。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01-GM132302, R21-AI163466)、美国国家科学基金会(MCB-1907273)和伊利诺伊州启动基金的支持。这项工作是基于在阿贡国家实验室先进光子源的东北合作访问小组光束线(DE-AC02-06CH11357)进行的研究。

文章标题

Insights into the ribosome function from the structures of non-arrested ribosome–nascent chain complexes