Новые методы визуализации показали, что кластеры рибосом специализируются на производстве белков

Два взаимодополняющих метода выявили субклеточную гетерогенность рибосом и трансляции мРНК. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adn2623

Когда мы думаем о «чертеже жизни», то обычно фокусируемся на ДНК — генетическом коде, хранящемся в каждой клетке нашего тела. Однако ДНК — лишь часть истории. Чтобы эти инструкции имели значение, они должны быть считаны и преобразованы в белки — молекулы, выполняющие жизненно важные функции.

Здесь в игру вступают рибосомы. В средней клетке человеческого тела их миллионы, и они абсолютно необходимы для жизни. Рибосомы — это молекулярные машины, которые считывают генетический код и производят белки: от ферментов, управляющих метаболизмом, до антител, борющихся с инфекциями.

Мария Барна, доктор философии, доцент генетики, посвятила свою карьеру изучению работы рибосом, их специализации для производства разных белков и их роли в управлении клеточными процессами.

Недавно Барна опубликовала статью в журнале Science, где описала два новых метода картирования рибосом с беспрецедентным разрешением — на уровне отдельных молекул.

От скепсиса к прорыву

Раньше биологи считали рибосомы пассивными машинами: даешь им нить генетического материала — они собирают соответствующий белок.

«Признаюсь, долгое время я думала, что рибосомы не будут интересны для контроля ключевых аспектов клеточной биологии», — сказала Барна.

Однако исследования, начатые в 2000-х, показали, что изменения в генах рибосом приводят к аномалиям развития и болезням. Открытия Барны помогли продвинуть науку, доказав, что рибосомы могут избирательно и стратегически подходить к производству белков.

«Раньше мы думали, что существует только один тип рибосом. Теперь оказалось, что их могут быть миллионы вариаций, каждая со своей ролью в разных клетках», — пояснила Барна.

Рибосомы и болезни

• У детей с мутациями в генах рибосом часто наблюдаются тяжелые патологии: отсутствие органов, деформации костей или анемия.
• Болезни Альцгеймера и Паркинсона связаны с накоплением неправильно свернутых белков, что может быть следствием сбоев в работе рибосом.
• Рак: опухолевые клетки используют гиперактивные рибосомы для быстрого производства белков.

Новые методы исследования

Команда Барны разработала две передовые технологии:

• RiboExM (микроскопия расширения рибосом): клетки помещают в специальный гель, увеличивают и изучают расположение рибосом с высоким разрешением.
• ALIBi (оптогенетическое мечение близости): с помощью света активируют молекулярные метки в определенных участках клетки, что позволяет изолировать и анализировать рибосомы в зависимости от их местоположения.

Что удалось обнаружить

Методы показали, что рибосомы с уникальным составом формируют специализированные кластеры для производства белков вблизи мест их использования. Например, белки для митохондрий синтезируются рибосомами, расположенными рядом с ними.

Также впервые удалось изучить организацию рибосом в нейронах — это может помочь понять механизмы нейродегенеративных заболеваний.

Перспективы

Технологии RiboExM и ALIBi открывают новые возможности для изучения и лечения болезней, связанных с нарушением работы рибосом. Например, можно будет разрабатывать терапию, воздействующую только на определенные группы рибосом, не затрагивая весь организм.

Лаборатория Барны планирует усовершенствовать методы и изучить, как меняются рибосомы при старении — процессе, при котором производство белков становится менее точным.

«Теперь мы задали новый стандарт детализации в исследованиях рибосом», — подчеркнула Барна.

Подробнее: Zijian Zhang et al, A subcellular map of translational machinery composition and regulation at the single-molecule level, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adn2623

Источник: Stanford University Medical Center