Созревание ядрышек процессома малой субъединицы человека

Создание рибосом в клетках человека

Сборка рибосомы человека требует огромного количества факторов сборки, которые сначала формируют гигантский предшественник малой субъединицы рибосомы (SSU), процессома SSU. Singh et al . предоставить новое понимание сборки рибосом человека с помощью криоэлектронной микроскопии, рентгеновской кристаллографии и функциональных исследований, чтобы выявить структуры процессома человека SSU по мере его созревания в ядрышке. Это исследование показывает строго контролируемую молекулярную хореографию, с помощью которой ансамбль сборочных факторов контролирует ранние необратимые шаги созревания, которые вызывают формирование SSU человека. —DJ

Структурированная аннотация

ВСТУПЛЕНИЕ

Рибосома катализирует синтез белка во всех клетках, сочетая декодирование информационной РНК малой субъединицей рибосомы с образованием пептидной связи большой субъединицей рибосомы. Поскольку обе субъединицы состоят из рибосомной РНК и рибосомных белков, сборка этих молекулярных машин строго контролируется. В клетках человека более 200 факторов сборки рибосом катализируют созревание обеих рибосомных субъединиц. Сборка рибосом инициируется в ядрышке, биомолекулярном конденсате, образующемся в результате поливалентных взаимодействий белок-нуклеиновая кислота. Внутри этого биомолекулярного конденсата образуется первый стабильный промежуточный продукт сборки эукариотических рибосом малой субъединицы, процессома малой субъединицы (SSU). В процессоме SSU более 70 белков и шаперон РНК, малая ядрышковая РНК (snoRNA) U3, работают согласованно, обеспечивая сворачивание, модификации, перестройки и расщепление РНК, а также целенаправленную деградацию прерибосомальной РНК экзосомой РНК. . Существенный характер этого процесса подчеркивается мутациями в рибосомных белках и факторах сборки рибосом, которые были связаны с заболеваниями человека.

Мало что известно о структуре, функции и созревании процессома SSU человека в ядрышке, когда он проходит через различные состояния для сборки небольшой рибосомной субъединицы. Удержание прерибосомных частиц в биомолекулярном конденсате ядрышка до сих пор препятствовало их биохимической и структурной характеристике. Таким образом, для выяснения созревания ядрышка процессома SSU человека выделение этих прерибосомных частиц из ядрышка было ключевым препятствием. С этой целью мы разработали платформу редактирования генома человека для двуаллельной аффинной метки эндогенного процессома SSU и разработали биохимические процедуры его выделения из ядрышка для структурных исследований.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Криоэлектронная микроскопия (крио-ЭМ) структур трех различных состояний процессома человека SSU (обозначенных pre-A1, pre-A1 * и post-A1) была получена с разрешением 3,6, 3,9 и 2,7 Å соответственно. . Вместе эти структуры обнаруживают молекулярные механизмы, ответственные за прогрессирование во время созревания ядрышкового процессома SSU. Сложные уровни регуляции реализуются через согласованное взаимодействие факторов сборки рибосом, которые контролируют необратимые этапы сборки рибосомы, такие как процессинг РНК экзосомой РНК, раскручивание РНК DEAH-бокс-геликазой DHX37 (Dhr1 в дрожжах) и расщепление РНК посредством эндонуклеаза UTP24. Самое раннее состояние, pre-A1, подчеркивает, как только небольшая часть большого прерибосомального сегмента РНК, 5'-внешний транскрибируемый спейсер (5'-ETS) распознается процессомом SSU. Мы создали синтетический локус рибосомальной ДНК человека (рДНК), который позволяет производить рекомбинантные рибосомы в клетках человека. Путем дериватизации этого локуса рДНК мы идентифицировали минимальную 5'-ETS, которая может функционировать для генерации зрелых малых рибосомных субъединиц в клетках человека. Когда процессом SSU переходит из состояний pre-A1 и pre-A1 * в состояние post-A1, создается специфический сайт связывания экзорибонуклеазы EXOSC10, связанной с экзосомами РНК (Rrp6 в дрожжах). В контексте пост-A1 состояния задействуется DEAH-бокс-геликаза DHX37, и ее активность геликазы должна строго регулироваться, чтобы предотвратить преждевременное раскручивание прерибосомной РНК из шаперона РНК U3. Комбинируя рентгеновскую кристаллографию с крио-ЭМ, мы показываем, что DHX37 изначально автоматически ингибируется и строго контролируется процессом SSU посредством точно спланированного взаимодействия, которое диктует доступность сайтов связывания и доступность активирующего пептида фактора сборки рибосомы UTP14. . В ядре процессома SSU мы идентифицировали сеть белков, которые направляют расщепление в сайте A1, тем самым генерируя зрелый конец малой РНК субъединицы рибосомы. Наконец, структура процессома SSU человека в состоянии после A1 обеспечивает дальнейшее понимание заболеваний человека, показывая, как специфический для млекопитающих фактор сборки рибосом AROS стабилизирует рибосомный белок eS19, который наиболее часто мутирует при анемии Даймонда-Блэкфана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Крио-ЭМ структуры трех комплексов процессома человека SSU, представленные здесь, демонстрируют структурную пластичность процессома человека SSU, который наделяет эту частицу способностью координировать конформационные изменения с отдельными стадиями сборки рибосом. Комбинированные крио-ЭМ, рентгеновская кристаллография и функциональные данные служат основой для механистического понимания процессома человека SSU.

Схематическая модель ядрышкового созревания процессома человека SSU.

Диссоциация нейрогидина (NGDN) означает переход от состояния пре-A1 к состоянию пре-A1 *, за которым следуют крупномасштабные конформационные изменения в процессоме SSU (серые стрелки), а также диссоциация пре-A1-специфичного факторы и ассоциация экзосом и пост-A1-специфических факторов. РНК-геликаза DHX37 аутоингибируется в состоянии post-A1. Белковые комплексы имеют цветовую кодировку, а серые метки обозначают белки, которые не показаны.

Абстрактный

Процессом малой субъединицы человека опосредует раннее созревание малой субъединицы рибосомы путем связывания сворачивания РНК с последующими этапами расщепления и процессинга РНК. Мы сообщаем о структурах криоэлектронной микроскопии с высоким разрешением процессомов созревающих малых субъединиц человека (SSU) с разрешением от 2,7 до 3,9 ангстрем. Эти структуры обнаруживают молекулярные механизмы, которые делают возможной критическую прогрессию во время созревания процессома SSU. Состояния сворачивания РНК в этих частицах сообщаются и координируются с ключевыми ферментами, которые запускают необратимые шаги, такие как нацеленная опосредованная экзосомами деградация РНК, сайт-специфическое эндонуклеолитическое расщепление РНК под действием белков и строго контролируемое раскручивание РНК. Эти консервативные механизмы подчеркивают впечатляющую структурную пластичность процессома SSU, которая наделяет эту 4.5-мегадальтонную нуклеолярную сборку отличительной способностью созревать небольшую рибосомную субъединицу изнутри.

Спасибо за просмотр!

С уважением, Алексей Васильевич