Внутрішньоклітинний стрес необхідний для синтезу гемоглобіну

Модель молекули гемоглобіну.

Здатність дихати киснем критично важлива для нашого виживання. Цей процес забезпечується білком гемоглобіном, що переносить кисень у крові. Оскільки гірське повітря містить значно менше кисню, ніж повітря на рівнині, організм стикається з необхідністю терміново виробити додатковий обсяг гемоглобіну - це стрес. Але яку роль стрес на клітинному рівні відіграє білка, що переносить кисень?

У статті, опублікованій в журналі Cell Research, група дослідників з Єврейського університету в Єрусалимі (івр.  в'єр. . Виявляється, стрес необхідний клітинам для того, щоб виробляти гемоглобін.

У процесі синтезу гемоглобіну відповідна ділянка ДНК спочатку транскрибується в довгу молекулу РНК, що містить сегменти, які згодом повинні бути видалені. Цей процес відомий як «сплайсинг». Тільки після його завершення РНК перетворюється на матрицю для синтезу гемоглобіну. Група дослідників під керівництвом професора Раймонда Кемпфера (Raymond Kaempfer) з Єврейського університету повідомляє, що сплайсинг РНК, переписаний з генів гемоглобіну, суворо контролюється внутрішньоклітинними сигналами стресу. Це твердження стосується як пренатального періоду розвитку людини, так і решти життя.

Внутрішньоклітинні сигнали стресу передаються за допомогою присутнього в кожній клітині людського організму білка PKR (Protein kinase RNA-activated). Він перебуває в неактивній формі, поки не буде активізований специфічним фрагментом РНК. Вважалося, що така РНК присутня тільки у вірусах. Однак професор Кемпфер і його колеги виявили, що в незрілій РНК, переписаній з генів гемоглобіну, присутній фрагмент, здатний активізувати білок PKR. Поки цей білок не буде активований таким способом, сплайсинг (а значить, і процес синтезу гемоглобіну) не почнеться.

"Несподівано ми відкрили абсолютно новий механізм, що управляє експресією генів гемоглобіну через стрес. Внутрішньоклітинний сигнал, використовуваний для того, щоб впоратися зі стресом, абсолютно необхідний для синтезу гемоглобіну. Цей сигнал активується самим геном, пов'язаним з виробленням гемоглобіну. Ми давно знали, що сигнал стресу пригнічує синтез білків в цілому, але у випадку з гемоглобіном ситуація зовсім інша. Спочатку цей сигнал стимулює вироблення гемоглобіну, а потім повністю відключається, щоб запустився масований процес синтезу великих обсягів гемоглобіну, необхідних для дихання ", - розповідає професор Кемпфер, який займається в Єврейському університеті проблемами молекулярної біології та онкологічних досліджень.

Будучи активованим, PKR поміщає фосфатний залишок на фактор ініціації eIF2-alpha. Останній необхідний для синтезу всіх білків. Прикріплення фосфатного залишку або фосфорилювання призводить до інактивації eIF2-alpha і зупинки вироблення білків. Це необхідно клітині, щоб впоратися зі стресом.

Найбільш несподіваним результатом дослідження був той факт, що активований PKR повинен фосфорилювати eIF2-alpha і що фосфорійована форма цього фактора відіграє ключову роль у формуванні структур, необхідних для синтезу гемоглобіну. У процесі дозрівання РНК втрачає сегмент, пов'язаний з активацією PKR. Завдяки цьому клітина починає виробляти гемоглобін у кількостях, необхідних для дихання. Іншими словами, здатність РНК активувати PKR носить тимчасовий характер, вона необхідна тільки для включення процесу сплайсингу.

Групі дослідників вдалося продемонструвати позитивний вплив активації PKR і фосфорилювання eIF2-alpha на сплайсинг необхідної для синтезу гемоглобіну РНК. Раніше вважалося, що внутрішньоклітинний стрес впливає на процес синтезу білків виключно негативним чином. Розуміння, що цей стрес не просто важливий, а необхідний, може змінити наше розуміння процесів синтезу гемоглобіну. "Навіть на клітинному рівні стрес і здатність його долати критично важливі для нашого виживання. Зв'язок між стресом і виживанням відомий давно, але тепер ми знаємо, що він важливий навіть для маленьких молекул, що переносять кисень у крові ", - говорить професор Кемпфер.