Введение

Цитоплазматические биомолекулярные конденсаты белков и РНК, возникающие в клетках при стрессе.

В клеточной биологии стрессовые гранулы – это биомолекулярные конденсаты в цитозоле, состоящие из белков и РНК, которые формируют безмембранные органеллы размером 0,1–2 мкм при стрессе клетки. Молекулы мРНК, обнаруженные в стрессовых гранулах, представляют собой комплексы преинициации трансляции с остановленной трансляцией, связанные с 40S рибосомными субъединицами, факторами инициации трансляции, поли(А)+ мРНК и белками, связывающими РНК (РБП). Несмотря на то, что это безмембранные органеллы, предполагается, что стрессовые гранулы ассоциированы с эндоплазматическим ретикулумом. Существуют также ядерные стрессовые гранулы. Данная статья посвящена цитозольному типу.

Предлагаемые функции

Функция стресс-гранул остаётся в значительной степени неизвестной. Давно предполагалось, что стресс-гранулы выполняют функцию защиты РНК от неблагоприятных условий, что и объясняет их появление при стрессе. Накопление РНК в плотных гранулах может предотвращать их взаимодействие с вредными химическими веществами и сохранять информацию, закодированную в их последовательности. Стресс-гранулы также могут служить точкой принятия решений для нетранслируемых мРНК. Молекулы могут направляться по одному из трёх путей: дальнейшее хранение, деградация или повторная инициация трансляции. Однако также утверждается, что стресс-гранулы не являются важными местами для хранения мРНК и не служат промежуточным звеном для мРНК при переходе между состоянием хранения и деградации. Попытки идентифицировать все РНК, находящиеся в стресс-гранулах (транскриптом стресс-гранул), непредвзято, путём секвенирования РНК из биохимически очищенных «ядер» стресс-гранул, показали, что РНК не рекрутируются в стресс-гранулы специфически по последовательности, а скорее в целом, причём обогащаются более длинные и/или менее эффективно транслируемые транскрипты. Кроме того, было установлено, что только около 15% от общего количества мРНК в клетке локализовано в стресс-гранулах. Тем не менее, эти исследования представляют собой лишь моментальный снимок, и вполне вероятно, что большая часть мРНК в какой-то момент времени хранится в стресс-гранулах из-за их постоянного перемещения внутрь и наружу. Стрессовые белки, являющиеся основным компонентом стресс-гранул в растительных клетках, представляют собой молекулярные шапероны, которые секвестрируют, защищают и, возможно, восстанавливают белки, которые денатурируют при нагревании и других видах стресса. Следовательно, любое связывание мРНК со стресс-гранулами может быть просто побочным эффектом ассоциации частично денатурированных РНК-связывающих белков со стресс-гранулами, аналогично связыванию мРНК с протеасомами.

Формирование

Стрессовые факторы окружающей среды запускают клеточную сигнализацию, что в конечном итоге приводит к образованию стрессовых гранул. In vitro эти стрессоры могут включать тепло, холод, окислительный стресс (арсенит натрия), стресс эндоплазматического ретикулума (тапсигаргин), ингибирование протеасомы (MG132), гиперосмотический стресс, ультрафиолетовое излучение, ингибирование eIF4A (патеамин А, гиппуристанол или RocA), накопление оксида азота после обработки 3-морфолинозиднонимином (SIN 1), нарушение сплайсинга пре-мРНК и другие стрессоры, такие как пуромицин, приводящие к дезагрегации полисом. Многие из этих стрессоров вызывают активацию специфических киназ, связанных со стрессом (HRI, PERK, PKR и GCN2), ингибирование трансляции и образование стрессовых гранул. Образование стрессовых гранул часто является следствием стресс-индуцированного фосфорилирования эукариотического фактора инициации трансляции eIF2α; однако это не применимо ко всем типам стрессоров, индуцирующих стрессовые гранулы. Также было предложено, что микротрубочки играют роль в формировании стрессовых гранул, возможно, за счет транспорта компонентов гранул. Эта гипотеза основана на том, что разрушение микротрубочек нокодазолом блокирует появление гранул. Кроме того, было показано, что многие сигнальные молекулы регулируют образование или динамику стрессовых гранул, включая "главный сенсор энергии" – AMP-активированную протеинкиназу (AMPK), фермент O-GlcNAc-трансферазу (OGT) и проапоптотическую киназу ROCK1.

Потенциальные роли взаимодействий РНК-РНК

Фазовые переходы РНК, частично обусловленные межмолекулярными взаимодействиями РНК-РНК, могут играть роль в формировании стрессовых гранул. Подобно белкам с внутренней неупорядоченностью, общие экстракты РНК способны к фазовому разделению в физиологических условиях in vitro. Анализ РНК-секвенирования показывает, что эти структуры имеют в значительной степени перекрывающийся транскриптом со стрессовыми гранулами. У дрожжей каталитические мутантные аллели *ded1* приводят к конститутивному образованию стрессовых гранул. Дефицит АТФазы DDX3X (гомолога Ded1 у млекопитающих) наблюдается в мутантных аллелях, обнаруженных в детской медуллобластоме, что совпадает с конститутивными гранулярными структурами в клетках пациентов. Эти мутантные белки DDX3 способствуют формированию стрессовых гранул в клетках HeLa. Также имеются данные о том, что РНК в стрессовых гранулах более компактирована по сравнению с РНК в цитоплазме, и что она подвергается посттрансляционным модификациям – N6-метиладенозину (m6A) на 5'-концах или ацетилированию РНК (ac4C). Недавние исследования показали, что высокоабundantный фактор инициации трансляции и DEAD-box белок eIF4A ограничивает формирование стрессовых гранул, благодаря своей способности связывать АТФ и РНК, действуя аналогично белковым шаперонам, таким как Hsp70.

Связь с обрабатывающими органами

Стрессовые гранулы и P-тела (тела обработки) имеют общие компоненты РНК и белка, оба появляются в условиях стресса и могут физически ассоциироваться друг с другом. По состоянию на 2018 год, из примерно 660 белков, идентифицированных как локализующихся в стрессовых гранулах, около 11% также были идентифицированы как белки, локализующиеся в телах обработки (см. ниже). Белок G3BP1 необходим для правильного взаимодействия между телами обработки и стрессовыми гранулами, что может быть важно для сохранения полиаденилированных мРНК. Хотя и стрессовые гранулы, и P-тела связаны с мРНК, тела обработки давно предлагались в качестве мест деградации мРНК, поскольку они содержат ферменты, такие как DCP1/2 и XRN1, известные своей способностью деградировать мРНК. Однако существуют также данные, свидетельствующие о том, что тела обработки предшествуют и способствуют формированию стрессовых гранул.