В цехе, где собирают рибосомы, молекулярный портной YbeY вшивает лишнее звено в белковую цепь uS11. Это звено — изоаспартат, аминокислота с удлинённым на одну метиленовую группу остовом. Вставка делает белок чуть длиннее, и он плотнее садится в каркас рибосомы. Раньше такое превращение считали случайной поломкой, которая накапливается с возрастом в белках хрусталика глаза. Но в uS11 изоаспартат стоит у всех организмов, от бактерий до человека, и всегда в одном и том же месте.
Проблема была в скорости. Кишечная палочка делится каждые 20 минут, а спонтанная перестройка аспарагина в изоаспартат занимает около полутора суток. Значит, клетке нужен ускоритель. Авторы работы просканировали все 4403 белка протеома E. coli с помощью нейросети AlphaFold3, чтобы найти того, кто способен связать uS11 в правильной позе. Из всех белков только три дали уверенную модель, и лишь один — YbeY — располагал аспарагин-119 рядом с ионом цинка.
Дальше биохимики проверили YbeY в пробирке. За час фермент переделал почти весь uS11 в изоаспартатную форму. Мутации, которые мешают YbeY держать цинк или субстрат, снижали активность. А мутация, которая портит другую работу YbeY — разрезание РНК — на вшивание звена не влияла. Значит, у белка два отдельных инструмента: один для РНК, другой для белков.
У архей и эукариот YbeY нет. Там ту же работу, вероятно, выполняет АТФаза Fap7. В кристаллической структуре комплекса Fap7–uS11 из археи Pyrococcus abyssi авторы увидели, что остаток 124 на самом деле является изоаспартатом, а не аспартатом, как считали раньше. Получается, эволюция дважды независимо изобрела один и тот же способ подгонки рибосомного белка.
Зачем клетке эта модификация? Когда у E. coli удалили ген ybeY, рибосомы стали хуже удерживать белок bS21. Плотность bS21 на карте криоэлектронной микроскопии снизилась, а контакт между аргинином-35 bS21 и изоаспартатом-119 uS11 исчез. Такие рибосомы хуже собирались в полные 70S частицы и транслировали репортёрный белок лишь на 30% от нормы.
Теперь понятно, почему эта модификация так важна. Портной YbeY вшивает лишнее звено за минуты, и без этой вставки рибосома разваливается. Понимание работы YbeY может помочь в разработке антибиотиков: фермент консервативен у бактерий, но отсутствует в цитоплазме человека. Можно целиться в него, не задевая наши собственные рибосомы.
Спонтанное превращение аспарагина в изоаспартат в пептиде с мотивом Asn-Gly имеет период полураспада около 1,2 дня, но YbeY ускоряет эту реакцию до минут, что необходимо для сборки рибосомы за время клеточного цикла E. coli (около 20 минут).
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.