​Bakterier kan producera protein från blockerade mRNA – med ett trick

För att effektivt producera protein måste bakteriers ribosomer nå ett mRNAs startställe, men RNA-strukturer kan blockera detta. Ny forskning vid Uppsala universitet visar att ribosomer kan binda en region långt ifrån det korrekta startstället. Ribosomen "on standby" tvinnar sedan upp mRNAt för att effektivt påbörja avläsningen.

Proteinsyntes, translation, är välstuderad i bakterier. För att påbörja translation krävs att startstället i ett mRNA är enkelsträngat för att ribosomen skall kunna binda. Paradoxalt translateras dock vissa mRNA effektivt trots att startregionen är dold i en stabil struktur. För cirka 25 år sedan förslog nederländska forskare en förklaring, "ribosome standby": en ribosom binder till ett annat tillgängligt ställe, där det kan vänta, för att sedan förflytta sig till startstället när den störande strukturen "andas".

I den nya studien, publicerad i PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences, har forskarna detaljstuderat ett standby-ställes anatomi. Ett ribosomprotein, S1, är nyckelspelaren som binder både till en enkelsträngsregion och en kort hårnålsstruktur i mRNAt. Därifrån tar sig ribosomen igenom en mycket stabil struktur för att komma åt startstället.

- Vi tyckte att det var dags att undersöka exakt vad som behövs för standby. Det är en gammal idé som dock saknade övertygande direkta bevis, säger försteförfattaren Cédric Romilly.

Forskarna valde att studera ett kort mRNA för ett toxiskt protein, TisB, som har utretts i Wagners grupp under många år. Dess translation är helt beroende av en standby-region som ligger >100 nukleotider uppströms av det fullständigt blockerade startstället. Utan standby produceras inget protein. Med sofistikerade biokemiska metoder som fluorescensanisotropi och UV-korslänkning/RNA-footprinting kunde forskarna fånga ribosomen på standby-stället. Experimenten tyder på att ribosomproteinet S1 guidar ribosomen till standby-stället och sedan tar sig igenom RNA-strukturer på vägen till startstället.

- Det har verkligen varit en arbetsseger och ett svårt projekt, men det är häftigt att äntligen få kläm på standby-elementets anatomi, säger professor E. Gerhart H. Wagner, huvudförfattaren för studien.

Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, KAW, och European Research Council, ERC.

Artikelreferens: Cedric Romilly, Sebastian Deindl, E. Gerhart H. Wagner; The ribosomal protein S1-dependent standby site in tisB mRNA consists of a single-stranded region and a 5' structure element; PNAS, 2019-04309RR, 15 July 2019, DOI:10.1073/pnas.1904309116, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1904309116

För mer information:

E. Gerhart H. Wagner, seniorprofessor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, Uppsala RNA Research Centre – URRC, Uppsala universitet, tel: 070-425 0897, e-post: Gerhart.Wagner@icm.uu.se;

Cédric Romilly, forskare vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, Uppsala universitet, e-post: romilly.cedric@icm.uu.se

Sebastian Deindl, universitetslektor vid institutionen för cell- och molekylärbiologi, Uppsala universitet, e-post: sebastian.deindl@icm.uu.se