Инициация и активация трансляции в митохондриях дрожжей

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-14-01005

НазваниеИнициация и активация трансляции в митохондриях дрожжей

Руководитель Каменский Петр Андреевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова митохондрии, трансляция, инициация трансляции, фактор трансляции, митохондриальная генетика, трансляционный активатор, комплекс дыхательной цепи

Код ГРНТИ34.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Молекулярные основы работы митохондрий являются объектом всестороннего изучения в научных группах по всему миру. Это связано с тем, что митохондрии, обязательные органеллы эукариотической клетки, выполняют множество важнейших функций: они обеспечивают клетку АТФ, участвуют в апоптозе, биосинтезе железосерных кластеров и т.п. Митохондрии содержат свой собственный геном, и митохондриальные гены транскрибируются и транслируются в органеллах. Несмотря на то, что большинство митохондриальных белков (около 99%) кодируются в ядре и импортируются в органеллы, митохондриальная трансляция совершенно необходима для нормального функционирования митохондрий и для жизнедеятельности клетки в целом, поскольку практически все ее продукты являются важнейшими компонентами комплексов дыхательной цепи. В отличие от цитозольной трансляции в клетках про- и эукариот, молекулярные механизмы митохондриальной трансляции к настоящему времени изучены недостаточно подробно. В частности, до сих пор нет уверенности в том, что идентифицированы все белковые факторы данного процесса, поскольку, помимо универсальных факторов трансляции, ортологичных бактериальным, в митохондриях имеется множество мРНК-специфических белков, обеспечивающих биосинтез конкретных закодированных в митохондриальной ДНК полипептидов (так называемые трансляционные активаторы). В 2012 году наша группа впервые описала ранее неизвестный фактор инициации митохондриальной трансляции дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Этот белок, называющийся Aim23p, является ортологом бактериального фактора IF3. Дальнейшие исследования показали, что Aim23p нельзя считать каноническим фактором инициации, поскольку в его отсутствие митохондриальная трансляция не прекращается (как это происходит, например, в бактериальных клетках). Вместо этого происходит "разбалансировка трансляции": некоторых митохондриальных белков действительно становится меньше, в то время как количество других полипептидов в клетках дрожжей, не содержащих Aim23p, значительно превышает таковое в клетках дикого типа. Судя по всему, помимо участия в митохондриальной трансляции в качестве фактора инициации, белок Aim23p каким-то образом оказывает и мРНК-специфические эффекты на данный процесс. Наши экспериментальные данные подтверждают эту гипотезу: мы показали генетическими методами, что Aim23p абсолютно необходим для трансляции мРНК COX1 и СОХ2, но никак не влияет на трансляцию мРНК COB. Помимо этого, мы продемонстрировали функциональную связь белка Aim23p с трансляционными активаторами цитохромоксидаз дрожжевых митохондрий. В связи с этим, мы предполагаем, что Aim23p является универсальным регулятором трансляции субъединиц IV комплекса дыхательной цепи, и что эта регуляция тем или иным образом связана с трансляционными активаторами. Настоящий проект посвящен всестороннему исследованию абсолютно не изученных к настоящему моменту молекулярных механизмов участия белка Aim23p в процессе митохондриальной трансляции пекарских дрожжей, а также дальнейшему изучению взаимосвязи данного белка с системой трансляционных активаторов цитохромоксидазы. Выполнение данного проекта базируется на уникальности генетической системы дрожжевых митохондрий. Дрожжи являются одним из двух известных к настоящему времени организмов (второй - зеленая водоросль Chlamydomonas reinhardtii), чьи митохондрии могут быть трансформированы генетическим материалом с последующей его интеграцией в геном органелл. Это свойство дрожжей позволило исследователям создать множество различных штаммов с направленными изменениями в митохондриальном геноме. В нашем распоряжении имеется уникальная коллекция таких штаммов, в которых те или иные митохондриальные гены заменены на ген-репортер. Именно с их помощью в свое время были идентифицированы митохондриальные трансляционные активаторы и описаны базовые принципы регуляции митохондриальной трансляции на уровне инициации. В связи с тем, что в настоящее время системы митохондриальной трансляции in vitro не существует, невозможно изучать данный процесс стандартными биохимическими методами. В рамках данного проекта мы планируем использовать для этого генетические подходы, что в настоящее время возможно только для пекарских дрожжей. Подобной системой для изучения митохондриальной трансляции не владеет ни один российский научный коллектив, кроме нашего.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Левицкий С.А., Дербикова К.С., Балева М.В., Кузьменко А.В., Головин А.В., Чичерин И.В., Крашенинников И.А., Каменский П.А. 60S dynamic state of bacterial ribosome is fixed by yeast mitochondrial initiation factor 3 PeerJ, 6: e5620 (год публикации - 2018)
10.7717/peerj.5620

2. И.В.Чичерин, В.В.Зинина, С.А.Левицкий, М.В.Серебрякова, П.А.Каменский Aim23p Interacts with the Yeast Mitochondrial Ribosomal Small Subunit Biochemistry Moscow (год публикации - 2019)

3. Ksenia Derbikova, Anton Kuzmenko, Sergey Levitskii, Maria Klimontova, Ivan Chicherin, Maria V. Baleva, Igor A. Krasheninnikov and Piotr Kamenski Biological and evolutionary significance of terminal extensions of mitochondrial translation initiation factor 3 International Journal of Molecular Sciences (год публикации - 2018)

4. Левицкий С.А., Балева М.В., Чичерин И.В., Крашенинников И.А., Каменский П.А. S. cerevisiae Strain Lacking Mitochondrial IF3 Shows Increased Levels of Tma19p during Adaptation to Respiratory Growth Cells, 26; 8(7). pii: E645. (год публикации - 2019)
10.3390/cells8070645

5. Чичерин И.В., Зинина В.В., Левицкий С.А., Серебрякова М.В., Каменский П.А. Aim23p interacts with the small subunit of yeast mitochondrial ribosome FEBS OPEN BIO (год публикации - 2019)
10.1002/2211-5463.12675

6. С.А.Левицкий, М.В.Балева, И.В.Чичерин, И.А.Крашенинников, П.А.Каменский Биосинтез белка в митохондриях: простота в прошлом, совершенство сейчас, неизвестность в будущем Биохимия (год публикации - 2020)

7. Чичерин И.В., Балева М.В., Левицкий С.А., Дашинимаев Э.Б., Крашенинников И.А., Каменский П.А. Initiation Factor 3 is Dispensable For Mitochondrial Translation in Cultured Human Cells Scientific Reports (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-64139-5

8. Чичерин И.В., Левицкий С.А., Балева М.В., Крашенинников И.А., Патрушев М.В., Каменский П.А. Yeast Mitochondrial Translation Initiation Factor 3 Interacts with Pet111p to Promote COX2 mRNA Translation International Journal of Molecular Sciences, 21, 3414 (год публикации - 2020)
10.3390/ijms21103414

9. К. С. Дербикова, С. А. Левицкий, А. В. Кузьменко, П.А.Каменский Эволюционная роль концевых участков третьего фактора инициации трансляции митохондрий дрожжей S. сerevisiae Тезисы международной научной конференции по биоорганической химии «XII чтения памяти академика Юрия Анатольевича Овчинникова» и VIII российского симпозиума «Белки и пептиды» (год публикации - 2017)

10. К.С.Дербикова, С.А.Левицкий, И.В.Чичерин, Е.Н.Виноградова, П.А.Каменский Activation of yeast mitochondrial translation: who is in charge? Biochemistry (Moscow) (год публикации - 2018)

Публикации