Введение к работе
Актуальность проблемы. Синтез белков на рибосоме является одним из ключевых процессов жизнедеятельности любого организма, поэтому выяснение принципов структурной организации рибосомы и молекулярных механизмов трансляции является одной из самых актуальных проблем молекулярной биологии. С одной стороны, рибосома - это уникальный рибонуклеопротеид, консервативность структуры которого определяет универсальность ключевых этапов биосинтеза белка в клетках разных организмов. С другой стороны, сама уникальная и консервативная структура рибосомы в значительной степени зависит от специфических молекулярных контактов между ее компонентами. В связи с этим, в рамках проблемы биосинтеза белка, одной из наиболее приоритетных задач является выяснение роли отдельных рибосомиых компонентов и их межмолекулярных контактов в формировании и функционировании рибосомы. Кроме того актуальность проблемы определяется еще тем, что ее решение имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение, так как именно рибосома является мишенью для целого ряда таких агентов, как антибиотики и токсины.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение структуры бактериального 5S рРНК-белкового комплекса и специфических взаимодействий в нем, а также выяснение роли 5S рРИК-связывающих белков в сборке функционально-активной бактериальной рибосомы. Для выполнения данной работы были поставлены следующие основные задачи:
Идентификация 5S рРНК-связывающих белков рибосомы Thermus thermophilus и выявление их гомологии с белками из других организмов.
Определение участков связывания рибосомиых белков Т. thermophilus на молекуле 5S рРНК. Выявление участков белков и РНК, определяющих специфическое взаимодействие в бактериальном 5S рРНК-белковом комплексе.
Определение пространственных структур 5S рРНК-связывающих белков Т. thermophilus и их комплексов с РНК.
Установление степени необходимости каждого из 5S рРНК-связывающих рибосомиых белков Escherichia coli для выживания бактериальной клетки н функционирования ее аппарата трансляции.
Научная новизна и практическая значимость работы. В настоящей работе была поставлена точка в давнем вопросе о численности бактериальных 5S рРНК-связывающихся рибосомиых белков: их оказалось три, и один из них, белок семейства СТС, является особенностью бактериального аппарата трансляции. Впервые было продемонстрировано, что представители семейства СТС, такие рибосомные белки как TL5 Т. thermophilus и L25 Е. coli, а также основной стрессовый
белок СТС Bacillus subtilis, являются не только структурными, но и функциональными гомологами. Впервые показано, что местом специфического связывания рибосомного белка L5 на 5S рРНК является С-петля. Пространственная структура большей части 5S рРНК-белкового комплекса, определенная в данной работе с высоким разрешением, внесла существенный вклад в построение модели рибосомы, и является до сих пор востребованной в исследованиях детальной структурной организации бактериальной рибосомы. В работе получены данные, которые позволили впервые оценить степень необходимости каждого из 5S рРНК-связывающих белков для сборки функционально-активной рибосомы in vivo и для выживания бактериальной клетки. Впервые показано, что белок семейства СТС, не являясь необходимым для выживания клеток Е. coli, чрезвычайно важен для стабилизации структуры центрального протуберанца рибосомной 50S субчастицы.
Публикации и апробация работы. Материалы диссертационной работы опубликованы в 19 статьях в российских и международных журналах и 29 тезисах, представленных на международных и российских конференциях: "Thermophiles-96" (Атенс, США, 1996), "Structural aspects of protein synthesis" (Таллберг, Швеция, 1997), "Extremophiles-98" (Йокогама, Япония, 1998), "Thermophiles-98" (Брест, Франция, 1998), "The ribosome. Structure, function, antibiotics and cellular interactions" (Хельсинор, Дания, 1999), "Protein synthesis" (Пушино, Россия, 2001), "Crystallization of Biological Macromolecules" (Йена, Германия, 2002), "International Engelgardt conference on molecular biology" (Буран, Россия, 2006), International conference in honour of Alexander Spirin "Protein biosynthesis, structure and function" (Пушино, Россия, 2007), Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пушино, Россия, 2001-2009), «Международной научной конференции по биоорганической химии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 75-летию со дня рождения академика Ю.А. Овчинникова» (Москва, Россия, 2009).
Личный вклад автора. Результаты работы получены лично автором, под его руководством или при его непосредственном участии в планировании и проведении экспериментов. Имена соавторов, которым автор искренне благодарен за плодотворное сотрудничество, указаны в соответствующих публикациях.
Финансовая поддержка работы. Работа выполнена при финансовой поддержке Российской академии наук, Российского фонда фундаментальных исследований (проекты: 1995-2008 гг.), Шведской академии наук и Федерации европейского биохимического общества.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на З&у страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы ( 4^9^- ссылок). Работа иллюстрирована тУ рисунками и /О таблицами.
