Ribosomer är organellerna som är ansvariga för proteinsyntes i celler. LMU -forskare har nu dissekerat tidiga steg i sin sammansättning och visualiserat hur deras RNA -komponenter viks korrekt och hittar sina platser i den växande strukturen.

I aktivt växande celler, en enorm mängd proteiner måste syntetiseras i mycket varierande mängder. För att möta dessa krav, cellens proteinfabriker - ribosomerna - som består av proteiner och flera RNA måste själva byggas i betydande antal. En växande jästcell producerar i storleksordningen 100, 000 ribosomer per timme, var och en består av cirka 80 ribosomala proteiner och fyra ribosomala RNA (rRNA), fördelad mellan två distinkta underenheter som funktionellt interagerar med varandra. Dessutom, ribosomal montering kräver ingrepp av cirka 200 andra proteiner som fungerar som biogenesfaktorer, som inte ingår i den slutliga strukturen. Dessa faktorer orkestrerar konstruktionen av ribosomen och styr den sekventiella vikningen av rRNA, som tillhandahåller lämpliga bindningsställen för införandet av de ribosomala proteinerna. LMU -forskare under ledning av professor Roland Beckmann, i samarbete med professor Ed Hurts grupp vid Heidelberg University, har nu bestämt, för första gången i tredimensionell detalj, hur de tidiga stegen i sammansättningen av den stora subenheten sker i jästceller. Resultaten visas i den ledande tidskriften Cell .

Ribosommontering börjar i en specialiserad region i kärnan som kallas nukleolus, där tre av rRNA transkriberas i form av stora prekursormolekyler. Varje molekyl bearbetas enzymatiskt för att ge de mogna segmenten som finns i den färdiga ribosomen. Två av dessa, heter 25S och 5,8S i jäst, ingår i den stora underenheten. Senare steg i monteringsprocessen sker i nukleoplasman, innan den fortfarande ofullständiga ribosomen exporteras via porer i kärnmembranet för slutlig mognad i cytoplasman. "Denna flerstegsprocess återspeglar den extremt komplexa karaktären av hela operationen, "säger Lukas Kater, huvudförfattaren till studien. För att belysa hur 25S rRNA viks, laget renade fem ribonukleoproteinkomplex från nukleolus, och bestämde deras strukturer med hjälp av kryo-elektronmikroskopi. Var och en av dessa komplex är associerad med olika uppsättningar av biogenesfaktorer och representerar ett diskret steg i monteringsprocessen. "Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att identifiera funktionerna hos flera av de tidiga biogenesfaktorerna och bestämma sekvensen av RNA-viknings- och proteinbindningssteg som är involverade i de tidiga stadierna av montering av den stora ribosomala subenheten i nukleolus, "Säger Kater.

Det visar sig att 25S -prekursorn RNA faktiskt börjar vikas upp från båda ändar, och inte i den sekvens i vilken vikningsdomänerna är organiserade i den linjära molekylen. Domänerna I och II viks först, följt av domän VI i andra änden av molekylen. Sedan III, IV och V följer, i den ordningen. "Detta gör det möjligt att generera ett slags" exoskelet "för det som senare kommer att bli det katalytiska centrumet (där varje protein aminosyrasubenheter är sammanlänkade i rätt sekvens) och utgångstunneln, genom vilken den växande proteinkedjan kommer ut från ribosomen, "Förklarar Beckmann. Han och hans kollegor planerar nu att undersöka ytterligare mellanprodukter i monteringsprocessen för att få en mer detaljerad bild av fasen av ribosomkonstruktion som äger rum i kärnan.