Раскрыта загадка одноклеточных водорослей

Пиреноид содержит ядра Рубиско, фермента, который выполняет молекулярную работу по включению углекислого газа в сахара. Эти ядра встроены в поддерживающую плоть или матрицу других белков, которая сама окружена внешней оболочкой из крахмала. Он пронизан пальцеобразными каналами — на самом деле, трубочками, окруженными мембраной, — которые доставляют концентрированный углекислый газ к ядрам Rubisco. Канальцы важны для функционирования пиреноидов, потому что водоросли, такие как Chlamydomonas reinhardtii, в противном случае изо всех сил пытались бы получить достаточно углекислого газа, чтобы Rubisco работал на максимальной мощности.

Пиреноид представляет для ученых несколько загадок. Например, как туда направляются белки, составляющие пиреноид, и как они организуются в такую ​​сложную структуру.

Новая работа лаборатории Мартина Йоникаса, доцента кафедры молекулярной биологии в Принстоне, и его сотрудников позволила решить эту загадку.

«Первое ключевое открытие было сделано случайно», — говорит Йоникас.

Исследовательский молекулярный биолог Мориц Мейер и его коллеги пытались определить, какие белки присутствуют в пиреноиде помимо Рубиско. Для этого они использовали антитело: белок, который, как ключ, прикрепляется к другим белкам, обладающим специфическим подходящим замком. Мейер и его коллеги планировали взломать секрет водоросли, а затем добавить антитело, которое связывает определенный матричный белок, с полученным молекулярным супом. Получив антитело, ученые смогли вытащить этот белок. Любые другие белки, которые связываются с белком-мишенью антитела, должны были появиться в процессе, и затем ученые могли определить, был ли какой-либо из них ранее неизвестным пиреноидным компонентом. Но эксперимент прошел не так, как ожидалось.

«Мы заметили, что антитело напрямую связывается с несколькими белками, локализованными в пиреноидах», — говорит Йоникас. Другими словами, они только что обнаружили, что у всех этих белков есть замок, соответствующий ключу их антител. Более тщательное изучение белков выявило существование последовательности аминокислот, которые присутствуют в исходной мишени антител, а также присутствует во всех других белках.

«Мы предположили, что эта цель может служить сигналом, который нацеливает белки на пиреноид, и проведенные нами эксперименты подтвердили эту гипотезу», — объясняет Йоникас. «Удаление цели одного из белков, содержащих ключ, привело к тому, что он больше не локализовался в пиреноиде, а добавление его к непиреноидным белкам заставило их локализоваться в пиреноиде».

Мейер и его коллеги обнаружили что это связано с Рубиско. Это объясняет, как образуется пиреноид: составляющие его белки остаются свободными в клетке, пока не сталкиваются с Рубиско и не оказываются в ловушке.

«Исследование представляет собой прекрасный пример исследовательской науки», — говорит доктор Ховард Гриффитс, профессор растениеводства в Кембриджском университете в США.