Oligo(uridine) tailing and exonucleolytic decay drive 40S ribosome degradation in response to stress

In elke levende cel werken minuscule machines, de ribosomen genoemd, onvermoeibaar om de eiwitten te bouwen die het leven in beweging houden. Deze machines zijn geen eenvoudige gereedschappen; het zijn complexe structuren gemaakt van zowel eiwitten als een specifiek type genetisch materiaal dat bekend staat als ribosomaal RNA. Wanneer een cel te maken krijgt met zware omstandigheden, zoals een gebrek aan voedsel, moet deze energie besparen door deze fabrieken uit te schakelen. Om dit efficiënt te doen, zet de cel ze niet alleen uit; de cel breekt ze volledig af, waarbij de grote, stabiele structuren worden afgebroken tot hun basisbouwstenen zodat ze kunnen worden gerecycled of weggegooid. Wetenschappers weten al lang dat een specifiek eiwit, dat fungeert als een moleculaire marker, helpt om deze ribosomen te markeren voor vernietiging, maar de exacte stappen die de cel onderneemt om de RNA-kern van de machine te verteren, bleven een mysterie.

Een nieuwe studie onthult het precieze mechanisme dat de cel gebruikt om deze ribosomen af te breken wanneer deze uitgehongerd wordt. Onderzoekers ontdekten dat een eiwit genaamd RIOK3 fungeert als de coördinator voor deze schoonmaakploeg. Zodra de cel hongersnood detecteert, bindt RIOK3 zich aan de ribosomen die gemarkeerd zijn voor verwijdering en rekruteert het twee andere belangrijke werkers: een enzym dat een reeks uridine-moleculen aan het uiteinde van het RNA toevoegt, en een ander enzym dat fungeert als een versnipperaar. De eerste werker, bekend als TUT7, bevestigt een staart gemaakt van meerdere uridine-eenheden aan het uiterste uiteinde van de 18S RNA-component binnen het ribosoom. Deze toevoeging van een uridine-staart dient als een signaal dat de aard van het RNA verandert, waardoor het herkenbaar wordt voor de tweede werker, een enzym genaamd DIS3L2.

Zodra de staart op zijn plaats is, hecht DIS3L2 zich aan het gewijzigde RNA en begint het het RNA vanaf het uiteinde weg te eten, waarbij de lange streng wordt afgebroken in kleinere stukjes in een proces dat verval wordt genoemd. De onderzoekers observeerden dat dit proces niet altijd een enkele, vloeiende gebeurtenis is. Soms laat de versnipperaar, terwijl deze aan het werk is, fragmenten achter die nog te groot zijn om te worden weggegooid. Deze achtergebleven stukjes ondergaan hetzelfde proces opnieuw, waarbij ze nieuwe uridine-staarten ontvangen en opnieuw worden aangevallen door de versnipperaar. Deze cyclus van het toevoegen van staarten en het afknippen ervan gaat door totdat het RNA volledig is afgebroken.

Het belang van dit specifieke pad werd bevestigd toen de onderzoekers het versnipperende enzym uit het systeem verwijderden. Zonder DIS3L2 slaagden de ribosomen er niet in om tijdens hongersnood goed af te breken. In plaats van te verdwijnen, hoopte het 18S RNA zich op in de cel, bedekt met de uridine-staarten die waren toegevoegd maar nooit waren verwerkt. Deze bevinding toont aan dat de toevoeging van deze oligo-uridine-staarten niet slechts een bijwerking is, maar de drijvende kracht die de cel in staat stelt haar ribosomen af te breken. Door deze stap-voor-stap het proces te definiëren, biedt de studie een helder beeld van hoe cellen de complexe taak beheren om hun eigen machines uit elkaar te halen wanneer de middelen schaars worden.