Kada su pod stresom stanice uzimaju predah i prestaju stvarati proteine
DNA je složena molekula koja nosi nasljednu informaciju potrebnu za razvoj i funkcioniranje svih živih organizama. Dijelovi DNA koji kodiraju protein ili RNA se nazivaju geni. Da bi se neki gen eksprimirao, DNA se prepisuje u glasničku (engl. messenger) RNA, tj. mRNA koja služi kao kalup za sintezu proteina, a taj proces se naziva transkripcija. Nakon dorade mRNA slijedi translacija, odnosno prevođenje niza nukleotida u mRNA u aminokiselinski niz polipeptidnog lanca na ribosomima.
Sam proces translacije se može podijeliti u tri stupnja: inicijaciju, elongaciju i terminaciju, a dobiveni polipeptidni lanac se mora smotati u odgovarajući trodimenzionalni oblik, tj. konformaciju da bi nastao funkcionalni protein. U mnogim slučajevima proteini se sastoje od nekoliko polipeptidnih lanaca. Proteini koji olakšavaju pravilno smatanje drugih proteina se nazivaju šaperonima.
Stanice doživljavaju stres na razne načine, uključujući temperaturne promjene, nepravilno smotane proteine te oksidativna oštećenja. Kada bi proteini nastavili djelovati tijekom stresa, stanice bi nepotrebno trošile energiju, oštećeni proteini bi se nakupljali te bi sve to vodilo do toksičnosti i bolesti.
Ranije su znanstvenici smatrali da je sinteza proteina tijekom stresa kontrolirana samo u trenutku gdje translacijska mašinerija započinje čitati mRNA, prijepis DNA koji nosi proteinski kod.
No, novo ispitivanje, objavljeno na internetu 3. siječnja u časopisu Molecular Cell, konstatira da sinteza proteina zapravo može biti zaustavljena u sredini procesa, tijekom sljedeće faze u sintezi proteina, nazvane elongacija, tijekom koje dolazi do stvaranja proteina nizanjem aminokiselina u dugi lanac, slično kao što mljeveno meso izlazi iz stroja za mljevenje.
Istraživači su koristili tehniku koju su razvili u svrhu praćenja procesa proteinske sinteze koja uključuje ribosome. Ribosomi dekodiraju mRNA te tvore lance aminokiselina koje su građevni elementi proteina. Ustanovili su da se u prisutnosti stresa i nepravilno smotanih proteina ribosomi zaustavljaju tijekom rane elongacije, kada se stvaraju novi peptidi (lanci aminokiselina) no koji su još uvijek kraći od 50 aminokiselina.
''Bili smo jako iznenađeni'', govori Shu-Bing Qian, docent nutricijskih znanosti na Sveučilištu Cornell i vođa istraživanja. ''Mislili smo da će doći do cjelokupnog zastoja, no ustanovili smo da se ribosomi zaustavljaju samo unutar prvih 50 aminokiselina. Shvatili smo da translacijska mašinerija zasigurno ima mehanizam kontrole u tom području.''
Pri tvorbi peptida, oni izlaze iz tunela na kraju ribosoma te su tada dugi 30 do 50 aminokiselina. ''Unutar tunela, novostvoreni peptidi su sakriveni od vanjske okoline'', kaže Qian. No kada izađu, molekule zvane šaperoni (engl. chaperones) im pomažu u odvajanju od ribosoma.
Istraživači su zaključili da pod stresom, šaperoni nisu bili prisutni da povuku peptide u nastajanju kako oni izlaze iz tunela. Umjesto toga, šaperoni su iskorišteni za pomoć drugim proteinima, oštećenima zbog stresnih uvjeta u stanici, u smatanju u ispravnu konformaciju.
''Naše istraživanje pokazuje da šaperoni ne samo da pomažu kod pravilnog smatanja proteina, nego i kontroliraju ribosome'', kaže Qian. ''Da onemogućimo djelovanje šaperona u stanicama koje zapravo nisu pod stresom, koristili smo kemijske inhibitore, i oni su zaustavili svoje djelovanje na točno istome mjestu.''
Iako su Qian i suradnici ispitivali ovaj proces tijekom stresa uzrokovanog pogrešnim smatanjem proteina, oni vjeruju da se isti proces događa neovisno o uzroku stresa.
Kada bi se proteini kontinuirano proizvodili tijekom stresa, došlo bi do njihovog oštećenja te bi se akumulirali što bi vodilo u toksičnost i bolest. Stanice raka, koje rastu i dijele se bez kontrole, imaju visoke razine šaperona za kontinuiranu sintezu proteina.
Znanstvenici su razvili inhibitore šaperona kao način obuzdavanja raka. Takvi inhibitori su korišteni u ovome istraživanju u svrhu sprečavanja djelovanja šaperona u normalnim stanicama.
Istraživanje je financiralo National Institute of Health, Ellison Medical Foundation i Ministarstvo obrane SAD-a. Botao Liu, student diplomskog studija, i Yan Han, bivši postdoktorand, oba dio laboratorijskog tima Shu-Bing Qiana, su glavni autori članka.
Izvor: Cornell University