синтез белка на иммобилизированных рибосомах

Основные факторы регуляции биогенеза рибосом изображены на рис. 2.mTORC1 и протоонкогенмиелоцитоматоза (cmyc) напрямую способствуют активации транскрипции 47S преРНК посредством активации двух факторов транскрипции рибосомальной ДНК (рДНК): селективного фактора 1 (SL1) и ядрышкового транскрипционного фактора UBF (upstreambindingfactor), которые связываются с регуляторным элементом промотора и стабилизируют инициирующий комплекс [3]. Транскрипционный фактор cmyc также способствует ацетилированию гистонов H3 и H4 в промоторных областях, что ведет к деконденсации хроматина и облегчению транскрипции генов рРНК [6]. Кроме того, есть данные о том, что cmyc принимает участие в активации генов, кодирующих рибосомальные белки большой и малой субъединицы рибосомы, а также увеличивает транскрипционную активность РНКполимеразы 3 через транскрипционный фактор IIIB (TFIIIB) [17]. В свою очередь, экспрессия cmyc может зависеть от сигнального пути Wnt/ GSK3β/βкатенин. Связывание белка Wnt со специфическими мембранными рецепторами приводит к фосфорилированию и активированию белка Dvl (disheveled). Далее Dvlфосфорилирует и ингибирует GSK3β, что приводит к ее неспособности фосфорилировать βкатенин. Накопление дефосфорилированных форм βкатенина ведет к транслокации данного белка в ядро, где βкатенин участвует в активации экспрессии фактора cmyc [64, 65]. Понятно, что фосфорилирование/ингибирование GSK3β может быть также достигнуто активацией AKT или высоким уровнем NO. Соответственно эти механизмы могут участвовать в поддержании высокой интенсивности экспрессии cmyc и соответственно биогенеза рибосом. Эти спекулятивные соображения, пока не подкрепленные экспериментальными данными, позволяют предположить связь между регуляцией биогенеза рибосом (рис. 2) и каноническими анаболическими сигнальными путями мышцы и соответственно с физиологически значимыми «входными» сигналами (рис. 1).mTORC1 также может регулировать РНКполимераза3зависимую транскрипцию посредством взаимодействия с транскрипционным фактором IIIC (TFIIIC) и фактором репрессии транскрипции, осуществляемой РНКполимеразой 3 (Maf1) [1]. На культуре клеток млекопитающих было показано, что mTORC1 может находиться в ядре и напрямую связываться с промоторами рДНК и участвовать в ремоделировании хроматина, приводя к активации транскрипции рибосомальных генов [6]. Кроме того, вактивации транскрипции генов рДНК важная роль принадлежит ростозависимому фактору инициации транскрипции (TIFIA), который может взаимодействовать с РНКполимеразой 1, способствуя ее активации [6]. Было показано, что ингибирование mTORC1 рапамицином приводит к инактивации TIFIA и снижает транскрипцию 47S прерРНК [6]. Пока неясно, какие механизмы обусловливают импорт mTORC1 в ядра и его локализацию в нуклеоплазме. Также неизвестны и механизмы, контролирующие связывание mTORC1 с промотором рДНК. Тем не менее не исключено, что mTORC1 является звеном, связывающим биогенез рибосом с каноническими сигнальными путями анаболической направленности. Здесь следует отметить, что в различных экспериментальных ситуациях наблюдались реципрокные отношения сигнального пути mTORC1/p70S6k и экспрессии рибосомальной РНК. Когда высок уровень фосфорилирования p70S6k, содержание 18S и 28S рРНК снижается и наоборот [1]. По-видимому, это не только обеспечивает необходимый баланс двух компонентов анаболического процесса, но и является косвенным свидетельством существования сложных регуляторных механизмов, определяющих как биогенез рибосом, так и трансляционную эффективность.В целом, в литературе, посвященной биохимии и молекулярной биологии скелетных мышц млекопитающих, основными маркерами биогенеза рибосом являются 47S прерРНК, 18S и 28S рРНК, транскрипционные факторы cmyc, UBF, TIFIA, mTORC1 а также содержание тотальной РНК, т.к. рРНК составляет ~85% от всей РНК в клетке [6].Важно отметить, что большинство из рассмотренных сигнальных путей (которые не исчерпывают всех путей регуляции синтеза белка) контролируется физиологически значимыми «входными сигналами». Среди этих сигналов следует отметить ростовые факторы (например, IGF1), в определенной степени регулируемые пептидным биоактивным гормоном роста и некоторыми другими гормонами, в свою очередь зависящими от сократительной активности скелетных мышц. Входные сигналы могут также генерироваться механосенсорными молекулярными структурами под действием механического напряжения. На работу анаболических сигнальных путей оказывает влияние концентрация ионов кальция, уровень оксида азота, а также соотношение АМФ/АТФ, регулирующее активность AMPK. Вся эта совокупность триггерных физиологических сигналов интегрируется протеинкиназными комплексами и в конечном счете обеспечивает адекватность уровня белкового синтеза характеру сократительной активности мышцы.ЗаключениеОчевидно, что, опираясь на сегодняшний уровень наших знаний об изменениях биогенеза рибосом в условиях разгрузки, пока рано судить о вкладе этого процесса в общую картину снижения интенсивности синтеза белка в мышце. Однако сравнительный анализ изменений сигнальных путей, регулирующих интенсивность трансляции, и характеристик биогенеза рибосом на ранних этапах разгрузки позволяет высказать некоторые осторожные предположения. Так, исследование динамики основных регуляторов трансляции сигнальных путей mTORC1/p70S6K и GSK3β/eIF2 при гравитационной разгрузке показывает, что в 1е сутки воздействия снижение активности этих путей не наблюдается. Естественно предположить, что раннее снижение синтеза белка в этот период определяется снижением интенсивности биогенеза рибосом.Понятно, что для формирования общей картины анаболических процессов на инициальном этапе функциональной разгрузки в m. soleus, необходимы дальнейшие исследования.Выводы1. Снижение синтеза белка в условиях функциональной разгрузки может наблюдаться во всех скелетных мышцах, однако величина и длительность такого снижения зависят от конкретной мышцы. Результаты, полученные лишь на одной мышце, должны с осторожностью распространятьсяна другие скелетные мышцы, которые могут отличаться по своим функциям и структуре (соотношение медленных и быстрых волокон). Например, изменения, касающиеся синтеза и распада белка, в m. soleus крысы и m. quadricepsfemoris человека могут существенно отличаться.2.Для более полного понимания молекулярных механизмов развития атрофии от бездействияважно проводить исследования в динамике, т.е.производить забор биоматериала на разных стадиях функциональной разгрузки. Эти замечанияв полной мере относятся и к феномену снижениябиогенеза рибосом. Как показывают результатыисследований, выраженность этого процесса при гравитационнойразгрузке зависит от исследуемой мышцы, характера инактивационной модели и продолжительностивоздействия.3.Несмотря на то что в последние десятилетиябыл достигнут значительный прогресс в пониманиимолекулярноклеточных механизмов развития мышечной атрофии, в настоящее время требуютсядальнейшие исследования, направленные как наустановление триггерных («пусковых») механизмовразвития атрофии, так и на поиск новых сигнальных путей, приводящих к потере мышечной массывследствие функциональной разгрузки.Список литературыШмид Р.Наглядная биотехнология и генетическая инженерия. – М.: Лаборатория знаний, 2019. – 328 с.Горбенко Н.В.Биотехнология. Учебное пособие. Серия: Профильная школа. – М.: Просвещение, 2020. –180 с.Биотехнология. Учебник / ред. В.А. Колодязная, М.А. Самотруева. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2020. – 384 с.Чечина О.Н.Сельскохозяйственная биотехнология. Учебное пособие для СПО. Серия: Профессиональное образование. – М.: Юрайт, 2019. – 232 с.Михайлина А.О., Никонова Е.Ю., Костарева О.С., Тищенко С.В. Особенности регуляции синтеза рибосомных белков у прокариот //Молекулярная биология. 2021. Т. 55. № 1. С. 20-41.Мирзоев Т.М., Шенкман Б.С. Регуляция синтеза белка в инактивированной скелетной мышце: входные сигналы, протеинкиназные каскады и биогенез рибосом //Биохимия. 2018. Т. 83. № 11. С. 1606-1626.