Ribosomen zijn de organellen die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese in cellen. LMU-onderzoekers hebben nu de vroege stappen in hun assemblage ontleed en gevisualiseerd hoe hun RNA-componenten correct vouwen en hun plaats in de groeiende structuur vinden.

In actief groeiende cellen een enorme verscheidenheid aan eiwitten moet in sterk variërende hoeveelheden worden gesynthetiseerd. Om aan deze eisen te voldoen, de eiwitfabrieken van de cel - de ribosomen - die zijn opgebouwd uit eiwitten en verschillende RNA's moeten zelf in aanzienlijke aantallen worden gebouwd. Een groeiende gistcel produceert in de orde van 100, 000 ribosomen per uur, die elk bestaan ​​uit ongeveer 80 ribosomale eiwitten en vier ribosomale RNA's (rRNA's), verdeeld tussen twee verschillende subeenheden die functioneel met elkaar interageren. In aanvulling, ribosomale assemblage vereist de tussenkomst van ongeveer 200 andere eiwitten die dienen als biogenese-factoren, die geen deel uitmaken van de uiteindelijke structuur. Deze factoren orkestreren de constructie van het ribosoom en sturen de sequentiële vouwing van de rRNA's, die de juiste bindingsplaatsen verschaft voor de insertie van de ribosomale eiwitten. LMU-onderzoekers onder leiding van professor Roland Beckmann, in samenwerking met de groep van professor Ed Hurt aan de Universiteit van Heidelberg, heb nu besloten, voor het eerst in driedimensionaal detail, hoe de vroege stappen in de assemblage van de grote subeenheid plaatsvinden in gistcellen. De bevindingen verschijnen in het toonaangevende tijdschrift Cel .

De ribosoomassemblage begint in een gespecialiseerd gebied van de kern dat de nucleolus wordt genoemd, waar drie van de rRNA's worden getranscribeerd in de vorm van grote voorlopermoleculen. Elk molecuul wordt enzymatisch verwerkt om de rijpe segmenten op te leveren die in het voltooide ribosoom worden gevonden. Twee van deze, genoemd 25S en 5.8S in gist, zijn opgenomen in de grote subeenheid. Latere stappen in het assemblageproces vinden plaats in het nucleoplasma, voordat het nog onvolledige ribosoom via poriën in het kernmembraan wordt geëxporteerd voor uiteindelijke rijping in het cytoplasma. " zegt Lukas Kater, de hoofdauteur van de studie. Om te verduidelijken hoe het 25S-rRNA wordt gevouwen, het team zuiverde vijf ribonucleoproteïnecomplexen uit de nucleolus, en hun structuren bepaald met behulp van cryo-elektronenmicroscopie. Elk van deze complexen is geassocieerd met verschillende sets biogenesefactoren en vertegenwoordigt een afzonderlijke fase in het assemblageproces. "Deze benadering stelde ons in staat om de functies van verschillende van de vroege biogenese-factoren te identificeren en de volgorde van RNA-vouwing en eiwitbindingsstappen te bepalen die betrokken zijn bij de vroege stadia van assemblage van de grote ribosomale subeenheid in de nucleolus, ' zegt Kater.

Het blijkt dat het 25S-precursor-RNA zich aan beide uiteinden begint op te vouwen, en niet in de volgorde waarin de vouwdomeinen zijn georganiseerd in het lineaire molecuul. Domeinen I en II vouwen eerst, gevolgd door domein VI aan het andere uiteinde van het molecuul. dan III, IV en V volgen, in die volgorde. "Hierdoor kan een soort 'exoskelet' worden gegenereerd voor wat later het katalytische centrum zal worden (waar de aminozuursubeenheden van elk eiwit in de juiste volgorde aan elkaar zijn gekoppeld) en de uitgangstunnel, waardoor de groeiende eiwitketen uit het ribosoom komt, " legt Beckmann uit. Hij en zijn collega's zijn nu van plan om verdere tussenproducten in het assemblageproces te onderzoeken om een ​​gedetailleerder beeld te krijgen van de fase van ribosoomconstructie die plaatsvindt in de kern.