Генетический детектив. От исследования рибосомы к Нобелевской премии

Учитывая, как много разных людей включились в гонку, мы сочли, что будет лучше, если вся наша лаборатория сосредоточится на чем-то одном. Фрэнк решил поймать момент, когда белковый фактор EF-Tu доставляет тРНК, которая подносит к рибосоме новую аминокислоту. Наши исследования уже показали, что именно субъединица 30S гарантирует правильный подбор тРНК, проверяя форму двух из трех пар оснований между кодоном и антикодоном. Подобно многим факторам, связывающимся с рибосомой, EF-Tu называют ГТФазой, так как он отсекает два из трех фосфатов в гуанозинтрифосфате (ГТФ), высвобождая энергию. Гидролиз ГТФ необратим, и его можно сравнить с возникновением искры в двигателе. Было неясно, как совпадение между тРНК и кодоном отражается на работе фактора, гидролизирующего ГТФ достаточно далеко от кодона, – образно говоря, как двигатель внутреннего сгорания заводится ключом зажигания. Гидролиз ГТФ действует подобно переключателю, заставляющему EF-Tu отцепиться от тРНК. После чего кончик тРНК свободно проникает в пептидилтрансферазный центр большой субъединицы, где растущая белковая цепочка переносится от тРНК на P-сайте к новой аминокислоте, расположенной на А-сайте этой тРНК.

Пока мы работали с рибосомами от Thermus, выяснилось, что Джейми Кейт синтезировал рибосому E. Coli

и смог преодолеть порог в 3,5 ангстрем, чтобы приступать к выстраиванию атомной структуры. Это был крупный прорыв. Появилась первая структура цельной рибосомы в высоком разрешении, причем от «стандартной» бактерии, на материале которой исследовалась почти вся генетика и биохимия рибосомы. Джейми оказался достаточно молод и смел, чтобы проигнорировать общепринятое мнение об экстремофилах.

Я был одним из рецензентов статьи Джейми в Science и испытывая грусть и радость. У нас появилась возможность рассмотреть, как две субъединицы скрепляются друг с другом. Однако до конца понять, как рибосома подстраивается под тРНК, движущуюся через нее, пока не удавалось: кристаллы Джейми не могли связываться с тРНК и мРНК. Зато большинство проектов нашей лаборатории оставались жизнеспособными.

В то время наша лаборатория пополнилась еще двумя классными специалистами. Первой была Мария Зельмер из лаборатории Андерса Лильяса, расшифровавшая там структуру белка, расщепляющего рибосому в самом конце трансляции, чтобы начать процесс заново. Как и Дитлев, другой скандинав из моей лаборатории, она оказалась умной, организованной, приятной, веселой и разносторонней. Я даже задумался: может быть, скандинавы особым образом воспитывают детей? Или когда они выходят из сумрака в сторону юга, становятся жизнерадостными и избавляются от «бергмановского страха»? Мария была заметно выше мужчин из нашей лаборатории, поэтому на ближайший рождественский капустник моя группа нарядилась в Белоснежку и семерых гномов.

Примерно через год после Марии к нам присоединилась Кристин Данэм. Впервые я повстречал ее на конференции в Эриче в Италии, впечатлился ее умом и энергией. На тот момент она была аспиранткой у Билла Скотта в Санта-Крусе, где приобрела реальный опыт в химии РНК и кристаллографии. Поэтому, когда она поинтересовалась, можно ли поступить на работу в мою лабораторию, я был просто счастлив согласиться. Несмотря на мои отговоры, Кристин подала заявку и получила стипендию от Американского онкологического общества. Она была веселой, подхватывала мои шутки и, так же как и я, увлекалась светскими сплетнями.

Кроме того, примерно в то же время в состав моей группы вошла Энн Келли, почти двадцать лет проработавшая в LMB. Она стала центральным звеном всей лаборатории, обеспечивала нас рибосомами, тРНК, факторами и всем остальным, что требовалось для проработки каждой индивидуальной задачи. Она была пышной рыжеволосой англичанкой, и часто ей изрядно надоедали жалобы всех этих иностранцев на местную погоду или обычаи.

Мария и Кристин хорошо сработались и решили выяснить, как тРНК и мРНК движутся через рибосому, – этот этап называется транслокацией. Почти тридцатью годами ранее Марк Бретшер из LMB предположил, что транслокация выполняется в два этапа: сначала тРНК проникает в одну субъединицу, а потом в другую. Это позволяло объяснить, зачем субъединиц две. Прошло еще двадцать лет, прежде чем Гарри и его студент Данеш Моазед продемонстрировали, что все в действительности так и происходит и рибосома оказывается в промежуточном состоянии, когда тРНК движутся относительно одной лишь большой субъединицы. На втором этапе тРНК и мРНК движутся относительно малой субъединицы, и транслокация завершается. В 2000 году Иоахим Франк и Радж Агравал показали, что в ходе этого процесса две субъединицы вращаются относительно друг друга. Таким образом, рибосома движется вдоль мРНК. Второй этап движения стимулируется другим белковым фактором – фактором элонгации G, и в ходе этого процесса также гидролизируется ГТФ. Но оставались невыясненными детали этого процесса.