رمزگشایی یک مکانیسم بیوشیمیایی مرکز کارخانه های پروتئین را توضیح می دهد

بر اساس نقشه های ژنتیکی، اسیدهای آمینه منفرد در زنجیره های اسید آمینه طولانی، پروتئین ها، در کارخانه های پروتئین سلول های ما، یعنی ریبوزوم ها، جمع می شوند. هر پروتئین تازه تشکیل شده با اسید آمینه متیونین شروع می شود.

این اسید آمینه اغلب در طول سنتز پروتئین دوباره جدا می شود، به محض اینکه زنجیره اسید آمینه در حال رشد کارخانه پروتئین را از طریق “تونل ریبوزومی” ترک می کند. در این موارد، برداشت متیونین برای اطمینان از عملکرد بعدی پروتئین های مربوطه در سلول ضروری است.

آنزیم های ایجاد کننده این شکاف قبلاً شناخته شده اند. با توجه به عملکرد آنها، متیونین آمینوپپتیدازها (METAPs) نامیده می شوند. تا به حال، مشخص نبود که چگونه METAP ها با کارخانه های پروتئین تماس پیدا می کنند و در مکان و لحظه مناسب، باعث حذف متیونین از پروتئین های خاص می شوند. زیست شناسان Elke Deuerling، Martin Gamerdinger و تیم آنها از دانشگاه Konstanz (آلمان)، به همراه نناد بان و همکارانش از ETH Zurich (سوئیس)، اکنون این موضوع را روشن کرده اند. نتایج منتشر شده در علوم پایه نشان می دهد: دسترسی METAP ها به کارخانه های پروتئین توسط یک “دروازه بان ریبوزومی” به نام NAC (مخفف “مجموعه مرتبط با پلی پپتید نوپا”) کنترل می شود.

عملکرد گسترده تر از آنچه قبلا شناخته شده بود

تنها در سال گذشته (2022)، تیم به رهبری دویرلینگ و گامردینگر توانستند مشخص کنند که NAC عملکرد مرتب‌سازی مهمی را در تونل ریبوزومی انجام می‌دهد: “ما توانستیم نشان دهیم که NAC مانند یک دروازه‌بان جلوی خروجی تونل می‌نشیند. Deuerling نتایج مطالعه قبلی را خلاصه می کند، انتقال پروتئین ها به شبکه آندوپلاسمی (ER) – شبکه غشایی داخل سلول – را با به طور خاص با هم کردن پروتئین و مولکول انتقال (SRP) کنترل می کند. در مطالعه جدید خود، محققان اکنون نشان می‌دهند که عملکرد مرتب‌سازی دروازه‌بان گسترده‌تر و حتی مهم‌تر از آنچه قبلاً شناخته شده بود است، و NAC همچنین برداشت صحیح متیونین را از پروتئین‌های نوپا تضمین می‌کند.

در پروتئین های منتقل شده به ER، اولین اسید آمینه متیونین بخشی از یک سیگنال انتقال است.

برداشت متیونین در این پروتئین ها سیگنال را از بین می برد و بنابراین از انتقال آن به شبکه غشای سلول جلوگیری می کند که به ناچار منجر به مرگ سلولی می شود.“

مارتین گامردینگر، دانشگاه کنستانز

اینکه چگونه این سیگنال‌های انتقال توسط METAP‌ها از بین می‌روند، معمای علمی بزرگی بود که اکنون دانشمندان کنستانز و زوریخ آن را حل کرده‌اند: دروازه‌بان NAC با METAP1 و ریبوزوم در خروجی تونل ریبوزوم مجتمعی تشکیل می‌دهد. تنها در داخل این کمپلکس است که آنزیم می تواند باعث بریدن متیونین از پروتئین های تازه تشکیل شده شود.

به محض اینکه یک پروتئین با سیگنال انتقال از تونل ریبوزومی خارج شود، این تغییر می کند. فعل و انفعالات بین توالی سیگنال پروتئین و NAC باعث می شود که دروازه بان موقعیت خود را در تونل ریبوزومی تغییر دهد. در نتیجه، METAP1 اتصال خود به NAC و در نتیجه توانایی خود را برای جدا کردن متیونین از دست می دهد. با تغییر موقعیت دروازه بان، یک رابط اتصال جدید برای مولکول انتقال SRP در دسترس می شود. گیمردینگر توضیح می دهد: “این مکانیسم به این معنی است که پروتئین هایی که فاقد توالی سیگنال هستند را می توان به طور خاص با برش متیونین اصلاح کرد. در مقابل، پروتئین هایی که به شبکه آندوپلاسمی منتقل می شوند، تحت تاثیر METAP1 قرار نمی گیرند.”

دروازه بان به عنوان یک میانجی همه جانبه؟

محققان فرض می کنند که NAC ممکن است عملکردهای واسطه ای مشابه دیگری در تونل ریبوزومی داشته باشد، بنابراین نقش یک مرکز کنترل مولکولی عمومی را بر عهده می گیرد. “تعداد زیادی آنزیم و مولکول های انتقال دهنده وجود دارد که مانند METAP1 و SRP با پروتئین های نوپا در حال حاضر در طول سنتز پروتئین تعامل دارند. بنابراین مطالعات آینده باید نشان دهد که آیا NAC در تنظیم سایر فرآیندهایی که برای پروتئین حیاتی هستند نیز نقش دارد یا خیر. دویرلینگ می گوید: عملکرد سلول های ما.