బ్యాక్టీరియాలో ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ ప్రారంభానికి నిర్మాణాత్మక లింక్

ప్రోటీన్లను నిర్మించడానికి, సెల్ DNA యొక్క కాపీని చేస్తుంది, దీనిని mRNA అని పిలుస్తారు. అప్పుడు, రైబోజోమ్ అని పిలువబడే మరొక అణువు mRNA ని చదువుతుంది, దానిని ప్రోటీన్‌గా అనువదిస్తుంది. కానీ ఈ దశ ఒక దృశ్య రహస్యం: రైబోజోమ్ mRNAతో ఎలా జతచేయబడుతుందో మరియు ఎలా చదువుతుందో శాస్త్రవేత్తలకు ఇంతకు ముందు తెలియదు.

ఇప్పుడు, మిచిగాన్ విశ్వవిద్యాలయ పరిశోధకులతో సహా అంతర్జాతీయ శాస్త్రవేత్తల బృందం, RNA పాలిమరేస్ లేదా RNAP అనే ఎంజైమ్ ద్వారా mRNAకి రైబోజోమ్‌లు ఎలా రిక్రూట్ అవుతాయో చిత్రించడానికి అధునాతన మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించారు. బ్యాక్టీరియాలో ప్రక్రియను పరిశీలించే వారి ఫలితాలు జర్నల్‌లో ప్రచురించబడ్డాయి సైన్స్.

“ఎంఆర్‌ఎన్‌ఎను రైబోజోమ్ ఎలా సంగ్రహిస్తుందో లేదా ‘రిక్రూట్’ చేస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం, ఎంఆర్‌ఎన్‌ఎలో ఎన్‌కోడ్ చేయబడిన సమాచారాన్ని ఎలా అర్థం చేసుకోవడం ప్రారంభించవచ్చో అర్థం చేసుకోవడం వంటి ప్రతిదానికీ ఒక అవసరం” అని ఇన్‌స్టిట్యూట్ డి జెనెటిక్ ఎట్ పరిశోధకుడు ఆల్బర్ట్ వీక్స్‌ల్‌బామర్ అన్నారు. డి బయాలజీ మాలిక్యులైర్ మరియు ఫ్రాన్స్‌లోని సెల్యులైర్ అధ్యయనానికి సహ-నాయకత్వం వహించారు. “ఇది ఒక పుస్తకం లాంటిది. పుస్తకాన్ని చదవడం మరియు అర్థం చేసుకోవడం మీ పని, కానీ పుస్తకాన్ని ఎక్కడ నుండి పొందాలో మీకు తెలియదు. పుస్తకాన్ని పాఠకుడికి ఎలా అందిస్తారు?”

mRNAని లిప్యంతరీకరించే RNAP రైబోజోమ్‌లో తాడు వేయడానికి రెండు వేర్వేరు యాంకర్‌లను అమలు చేస్తుందని మరియు ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ యొక్క గట్టి పునాదిని మరియు ప్రారంభాన్ని నిర్ధారిస్తుంది అని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. ఇది నిర్మాణ సైట్‌లోని ఒక ఫోర్‌పర్సన్‌ని పోలి ఉంటుంది, ఇది సూపర్‌స్ట్రక్చర్‌లో సంక్లిష్టమైన విభాగాన్ని ఇన్‌స్టాల్ చేసే కార్మికులను పర్యవేక్షిస్తుంది, గరిష్ట స్థిరత్వం మరియు కార్యాచరణ కోసం అన్ని ముక్కలు కీలకమైన జంక్షన్‌లలో సురక్షితంగా అమర్చబడిందని రెండు పునరావృత మార్గాల్లో నిర్ధారిస్తుంది.

పరిశోధకుల ప్రకారం, ఈ ప్రాథమిక ప్రక్రియలను అర్థం చేసుకోవడం బ్యాక్టీరియా ప్రోటీన్ సంశ్లేషణలో ఈ నిర్దిష్ట మార్గాలను లక్ష్యంగా చేసుకునే కొత్త యాంటీబయాటిక్‌లను అభివృద్ధి చేయడానికి గొప్ప సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది. సాంప్రదాయకంగా, యాంటీబయాటిక్స్ రైబోజోమ్ లేదా ఆర్‌ఎన్‌ఎపిని లక్ష్యంగా చేసుకుంటాయి, అయితే బ్యాక్టీరియా తరచుగా ఆ యాంటీబయాటిక్‌లకు కొంత నిరోధకతను సృష్టించడానికి అభివృద్ధి చెందడానికి మరియు పరివర్తన చెందడానికి ఒక మార్గాన్ని కనుగొంటుంది. వారి కొత్త జ్ఞానంతో ఆయుధాలు కలిగి ఉన్న బృందం బహుళ మార్గాలను కత్తిరించడం ద్వారా బ్యాక్టీరియాను అధిగమించాలని భావిస్తోంది.

“RNAP, రైబోజోమ్, ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకాలు, ప్రోటీన్లు మరియు mRNA ల మధ్య పరస్పర చర్య ఉందని మాకు తెలుసు” అని అధ్యయనం యొక్క నలుగురు సహ-నాయకుల్లో ఒకరైన UM సీనియర్ శాస్త్రవేత్త అడ్రియన్ చౌవియర్ అన్నారు. “మేము ఈ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను, ప్రత్యేకంగా RNAP, రైబోజోమ్ మరియు mRNA మధ్య, రిక్రూట్‌మెంట్ లేదా కాంప్లెక్స్ యొక్క స్థిరత్వానికి ఆటంకం కలిగించే సమ్మేళనంతో లక్ష్యంగా చేసుకోవచ్చు.”

కొత్తగా లిప్యంతరీకరించబడిన mRNAలను రైబోజోమ్‌కి తీసుకురావడానికి మరియు ట్రాన్స్‌క్రిప్షన్ మరియు అనువాదం మధ్య వంతెనలుగా పనిచేయడానికి కాంప్లెక్స్‌లోని వివిధ భాగాలు ఎలా కలిసి పనిచేస్తాయో చూపించడానికి బృందం యాంత్రిక ఫ్రేమ్‌వర్క్‌ను అభివృద్ధి చేసింది.

“ఆర్‌ఎన్‌ఎపి మరియు రైబోజోమ్‌ల కలయిక మొదటి స్థానంలో ఎలా స్థాపించబడిందో మేము కనుగొనాలనుకుంటున్నాము” అని వీక్స్‌బౌమర్ చెప్పారు. “శుద్ధి చేయబడిన భాగాలను ఉపయోగించి, మేము కాంప్లెక్స్‌ను తిరిగి సమీకరించాము — 10-బిలియన్ల మీటర్ వ్యాసం. మేము వాటిని క్రయో-ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (క్రియో-EM) ఉపయోగించి చర్యలో చూశాము మరియు అవి ఏమి చేస్తున్నాయో అర్థం చేసుకున్నాము. మేము ప్రవర్తనను చూడవలసి ఉంది. మా శుద్ధి చేయబడిన భాగాలను వేర్వేరు ప్రయోగాత్మక వ్యవస్థలలో పునశ్చరణ చేయవచ్చు.”

మరింత సంక్లిష్టమైన మానవ కణాలలో, DNA గోడ-ఆఫ్ న్యూక్లియస్‌లో నివసిస్తుంది, ఇక్కడ RNAP “వ్యాఖ్యాత”గా పనిచేస్తుంది, జన్యు సూచనలను చిన్న కాటులుగా విభజించింది. ఎంజైమ్ యొక్క ఈ డైనమో DNAని mRNAలోకి లిప్యంతరీకరించడం లేదా వ్రాస్తుంది, ఇది చాలా “రూమియర్” సైటోప్లాజంలో రైబోజోమ్‌కు తరలించబడిన జన్యు సంకేతం యొక్క చిన్న భాగం యొక్క ప్రత్యేకంగా ఎంపిక చేయబడిన కాపీని సూచిస్తుంది, ఇక్కడ అది ప్రోటీన్‌లుగా అనువదించబడింది, జీవితం యొక్క ప్రాథమిక బిల్డింగ్ బ్లాక్స్.

ప్రత్యేకమైన కేంద్రకం మరియు అంతర్గత పొర “గోడ” లేని ప్రొకార్యోట్‌లలో, ట్రాన్స్‌క్రిప్షన్ మరియు అనువాదం ఏకకాలంలో మరియు ఒకదానికొకటి దగ్గరగా జరుగుతాయి, RNAP మరియు రైబోజోమ్‌లు వాటి పనితీరును నేరుగా సమన్వయం చేసుకోవడానికి మరియు పరస్పరం సహకరించుకోవడానికి వీలు కల్పిస్తాయి.

బాక్టీరియా ఉత్తమంగా అర్థం చేసుకున్న ప్రొకార్యోట్‌లు, మరియు వాటి సాధారణ జన్యు నిర్మాణం కారణంగా, జన్యు వ్యక్తీకరణ సమయంలో రైబోజోమ్-RNAP కలపడంలో పాల్గొన్న యంత్రాంగాలు మరియు యంత్రాలను విశ్లేషించడానికి బృందానికి ఆదర్శ హోస్ట్‌ను అందించింది.

పరిశోధకులు ప్రతి ల్యాబ్ యొక్క ప్రత్యేకత ప్రకారం వివిధ సాంకేతికతలు మరియు పద్దతులను ఉపయోగించారు — Weixlbaumer యొక్క సమూహంలో cryo-EM మరియు ఆండ్రియా గ్రాజియాడే ద్వారా నిర్వహించబడిన బెర్లిన్ సమూహం యొక్క ఇన్-సెల్ క్రాస్‌లింకింగ్ మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ — ఇందులో పాల్గొన్న ప్రక్రియలను పరిశీలించడానికి.

బయోఫిజిక్స్‌లో నైపుణ్యంతో, చౌవియర్ మరియు నిల్స్ వాల్టర్, UM కెమిస్ట్రీ, బయోఫిజిక్స్ ప్రొఫెసర్, నిర్మాణం యొక్క గతిశాస్త్రాలను విశ్లేషించడానికి వారి అధునాతన సింగిల్ మాలిక్యూల్ ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోప్‌లను ఉపయోగించారు.

“పనిలో ఈ యంత్రాల వేగాన్ని ట్రాక్ చేయడానికి, మేము ప్రతి రెండు భాగాలను వేరే రంగుతో ట్యాగ్ చేసాము” అని చౌవియర్ చెప్పారు. “మేము కొత్త RNA కోసం ఒక ఫ్లోరోసెంట్ రంగును మరియు రైబోజోమ్ కోసం మరొకదాన్ని ఉపయోగించాము. ఇది అధిక శక్తితో కూడిన సూక్ష్మదర్శిని క్రింద వాటి గతిశాస్త్రాలను విడిగా వీక్షించడానికి మాకు వీలు కల్పించింది.”

RNAP నుండి ఉద్భవించే mRNA చిన్న రైబోసోమల్ సబ్యూనిట్ (30S)కి కట్టుబడి ఉంటుందని వారు గమనించారు, ముఖ్యంగా రైబోసోమల్ ప్రోటీన్ bS1 ఉన్నప్పుడు, ఇది రైబోజోమ్ లోపల అనువాద తయారీలో mRNA విప్పడానికి సహాయపడుతుంది.

వెబ్‌స్టర్ మరియు వీక్స్‌ల్‌బౌమర్ యొక్క క్రయో-ఇఎమ్ నిర్మాణాలు రైబోజోమ్‌కు mRNA డెలివరీ యొక్క ప్రత్యామ్నాయ మార్గాన్ని గుర్తించాయి, కప్లింగ్ ట్రాన్స్‌క్రిప్షన్ ఫ్యాక్టర్ NusG లేదా దాని పారాలాగ్ లేదా వెర్షన్ RfaH ద్వారా RNA పాలిమరేస్‌ను టెథరింగ్ చేయడం ద్వారా mRNA ఎంట్రీలోకి mRNAని థ్రెడ్ చేస్తుంది. bS1 యొక్క ఇతర వైపు నుండి రైబోజోమ్ యొక్క ఛానెల్.

ఆర్‌ఎన్‌ఎపి మరియు రైబోజోమ్‌ల మధ్య కలయికను ఏర్పాటు చేయడంలో మొదటి దశను విజయవంతంగా దృశ్యమానం చేసిన తర్వాత, కాంప్లెక్స్ పూర్తిగా పని చేయడానికి ఎలా పునర్వ్యవస్థీకరించాలో తెలుసుకోవడానికి బృందం మరింత సహకారం కోసం ఎదురుచూస్తోంది.

“ఈ పని ఖండాలు మరియు మహాసముద్రాలలో నిర్వహించిన ఇంటర్ డిసిప్లినరీ పరిశోధన యొక్క శక్తిని ప్రదర్శిస్తుంది” అని వాల్టర్ చెప్పారు.

వీక్స్‌ల్‌బౌమర్ ల్యాబ్‌లో డాక్టరల్ విద్యార్థి అయిన హుమా రాహిల్ మరియు ల్యాబ్‌లో పోస్ట్‌డాక్టోరల్ ఫెలో అయిన మైఖేల్ వెబ్‌స్టర్ మరియు ఇప్పుడు యునైటెడ్ కింగ్‌డమ్‌లోని జాన్ ఇన్నెస్ సెంటర్‌కు సహ-నాయకత్వం వహించారు.