БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 5, с. 603 - 616

УДК 577.21

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ

ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

Обзор

Б.Ф. Фатхуллин^1,2*, А.Г. Габдулхаков¹, М.М. Юсупов^2,3

¹ Институт белка РАН, 142290 Пущино, Московская обл., Россия; электронная почта: morgenstern100@mail.ru

² Институт генетики, молекулярной и клеточной биологии (IGBMC),

67400 Илькирш*Граффенштаден, Франция

³ Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»,

Лаборатория структурного анализа биомакромолекул, 420111 Казань, Россия

Поступила в редакцию 31.12.2021

После доработки 20.04.2022

Принята к публикации 20.04.2022

Появление структур бактериальных, архейных и эукариотических рибосом, полученных методами крис

таллографии и криоэлектронной микроскопии, послужило толчком к исследованию внутриклеточных ре

гуляторных белков, влияющих на различные этапы трансляции. Среди них присутствуют факторы гибер

нации рибосом, которые стали активно изучаться в последнее десятилетие. Они участвуют в регуляции

процесса биосинтеза белка в стрессовых для организма условиях. Основные задачи гибернационных фак

торов - снизить энергетические затраты на биосинтез белка и сохранить от деградации имеющиеся функ

циональные рибосомы, тем самым увеличив выживаемость клеток в неблагоприятных условиях. Несмот

ря на широкий интерес к данной теме, опубликовано всего несколько работ, посвящённых исследованию

фактора RsfS (Ribosome silencing factor S). Согласно результатам этих работ, фактор RsfS принято относить

к группе факторов гибернации. Однако последняя работа в области структурных исследований созревания

50S субъединицы рибосомы демонстрирует наличие у RsfS признаков, присущих факторам биогенеза,

например, ассоциированность с незрелой рибосомной субъединицей, как и у его митохондриального ор

толога MALSU1. В данном обзоре мы обобщили имеющуюся информацию по фактору RsfS, его функци

ям и структурным особенностям, а также провели сравнительный анализ фактора с митохондриальным

ортологом MALSU1, для того чтобы попытаться ответить на возникающий вопрос: «RsfS - фактор гибер

нации или фактор биогенеза рибосомы?» Данный обзор может послужить толчком для исследования мо

лекулярных механизмов, в которых задействован фактор RsfS и которые на сегодняшний день остаются

полностью неизвестными.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рибосома, фактор биогенеза рибосомы, фактор гибернации, RsfS.

DOI: 10.31857/S0320972522050025, EDN: ASSKBQ

ВВЕДЕНИЕ

(рРНК) и около 20 рибосомных белков, связы

вает мРНК и обеспечивает опосредованное ко

Рибосома - рибонуклеопротеидный комп

дон антикодоновое взаимодействие. Большая

лекс, отвечающий во всех живых организмах за

50S субъединица, состоящая из 23S и 5S рРНК

синтез белков и трансляцию генетического ко

и более 30 рибосомных белков, содержит ката

да. У бактерий рибосома (70S) состоит из боль

литический сайт пептидилтрансферазы

[1].

шой и малой субъединиц. Малая 30S субъеди

Трансляция - это четырёхэтапный процесс,

ница, содержащая

16S рибосомную РНК состоящий из стадий инициации, роста поли

пептидной цепи, терминации и рециклинга ри

босом. Каждый из этих этапов катализируется

Принятые сокращения: крио ЭМ - криоэлектрон

ная микроскопия; GTPBP - ГТФ связывающий белок

соответствующими трансляционными фактора

(GTP Binding Protein); HPF - фактор гибернации рибосо

ми: инициации, элонгации, терминации и ре

мы (Hibernation Promoting Factor); MALSU1 - фактор ми

циклинга [2]. Одним из способов регуляции

тохондриальной сборки большой субъединицы рибосо

экспрессии генов является биогенез самого

мы 1 (Mitochondrial Assembly of ribosomal Large Subunit 1);

трансляционного аппарата [3]. Биогенез рибо

mt ACP - митохондриальный белок носитель ацильного

остатка (mitochondrial Acyl Carrier Protein); RsfS - фактор

сомы - сложный многоступенчатый процесс,

сайленсинга рибосомы S (Ribosome silencing factor S).

включающий в себя синтез и созревание рРНК,

* Адресат для корреспонденции.

синтез, модификацию и фолдинг рибосомных

603

604

ФАТХУЛЛИН и др.

белков и последовательную сборку рибосомных

E. coli, продемонстрировала возможность учас

субъединиц [4]. Данный процесс жёстко конт

тия фактора RsfS, как фактора биогенеза рибо

ролируется широким спектром факторов биоге

сомы, что не соответствует концепции гиберна

неза, среди которых транскрипционные факто

ционного фактора. Данный факт дополнительно

ры, эндорибонуклеазы, рРНК хеликазы, моле

подтверждается наличием структурных и функ

кулярные шапероны, ферменты, модифициру

циональных аналогий между RsfS и фактором

ющие рРНК и белок, и факторы сборки рибо

биогенеза митохондриальной рибосомы MALSU1

сом [5]. Биогенез рибосом, а, следовательно, и

(Mitochondrial Assembly of ribosomal Large

количество готовых для трансляции рибосом

Subunit 1 или фактор митохондриальной сборки

ных субъединиц напрямую зависит от стрессо

большой субъединицы рибосомы 1).

вых условий, клеточного цикла и от доступнос

В данном обзоре мы попытались разобраться

ти для клетки питательных веществ [6, 7]. Клет

в возникшем противоречии классификации

ки бактерий могут длительное время находиться

фактора RsfS, а также привлечь внимание науч

в стационарной фазе роста, повышая свою ус

ного сообщества к «белым пятнам» в молеку

тойчивость к воздействию со стороны окружаю

лярных механизмах, в которых задействован

щей среды [8]. Так как биосинтез белка является

фактор RsfS. В частности, на сегодняшний день

одним из самых энергозатратных процессов в

не известно: за счёт каких механизмов происхо

бактериальной клетке (в Escherichia coli на это

дит активация/инактивация внутриклеточного

расходуется до 40% всего энергооборота), то

синтеза фактора RsfS; как регулируется его ко

функционирование аппарата трансляции долж

личество в цитоплазме и задействованы ли в

но строго регулироваться [3]. Контроль обеспе

этом алармоны [16], характерные регуляторы

чивается механизмами гибернации рибосом,

для стресс факторов; каков механизм диссоциа

которые запускаются индуцированными стрес

ции RsfS от 50S субъединицы рибосомы и име

сом белками (стресс факторами) - гибернаци

ется ли белок регулятор этого процесса? Мы

онными факторами (рис. 1). Набор этих факто

считаем, что собранная в этом обзоре информа

ров в разных штаммах и видах различен [8-11].

ция может послужить базисом для новых иссле

К факторам гибернации относят HPF

дований в этом направлении.

(Hibernation Promoting Factor), фактор, модули

рующий рибосому (RMF, Ribosome Modulation

Factor), фактор, ассоциированный с рибосомой

ЛОКАЛИЗАЦИЯ И ПОИСК

ингибитор А (RaiA, Ribosome associated

ПАРТНЕРОВ ФАКТОРА RsfS

inhibitor A) и энергозависимый регулятор транс

ляции А (EttA, Energy dependent translational

Фактор RsfS, а точнее являющийся им гипо

throttle A) [12]. В отличие от факторов биогене

тетический белок YbeB, был выделен из пула не

за, ассоциированных с незрелыми рибосомами

охарактеризованных консервативных белков

на этапе биогенеза, факторы гибернации наце

как один из приоритетных консервативных бел

лены на контроль уровня трансляции путём

ков [14], ген которого (или его ортолога) был об

блокирования зрелых, готовых к трансляции,

наружен как минимум в 2928 видах, включая

рибосом в неактивном состоянии. Именно к

большинство бактерий [17], растений (ортолог

факторам гибернации принято относить и фак

Iojap [13]) и человека (ортолог C7orf30 [18]). При

тор сайленсинга рибосомы S (RsfS, ribosome

этом выравнивание аминокислотных последо

silencing factor S) - однодоменный белок с моле

вательностей RsfS даёт достаточно низкий про

кулярной массой 13-15 кДа, ранее известный

цент идентичности, не превышающий 40%, в

как YbeB [13-15]. На сегодняшний день в лите

зависимости от организма [19]. Соседствующее

ратуре имеется всего несколько работ, посвя

расположение гена ybeB с геном nadD мононук

щённых фактору RsfS, наиболее значимыми ре

леотид аденилилтрансферазы никотиновой кис

зультатами которых являются определение вли

лоты в геноме большинства бактерий позволило

яния делеции гена rsfs на рост культуры клеток

предположить участие данного белка в метабо

E. coli, определение структуры гомодимера RsfS

лизме NAD. Также сообщалось, что наличие или

из Mycobacterium tuberculosis, структуры гетеро

отсутствие продукта гена ybeB в E. coli не приво

димера uL14 c RsfS и комплекса RsfS с 50S субъ

дит к значительному изменению фенотипа кле

единицей рибосомы из Staphylococcus aureus. Эти

ток [20]. Первым этапом в определении функ

работы были выполнены в рамках концепции

ционального значения фактора RsfS (YbeB) в

фактор RsfS - стресс фактор, что согласовыва

бактериальных клетках стала работа по обнару

лось с получаемыми результатами. Однако по

жению места его посадки [21]. Эксперименты

следняя работа, посвящённая исследованию

по изотопному мечению белков и анализу про

созревания

50S субъединицы рибосомы из

филей центрифугирования рибосом в градиен

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

605

Рис. 1. Регуляция трансляции гибернационными факторами в γ протеобактериях и других бактериях. При переходе в ста

ционарную фазу или в условиях стресса наблюдается снижение уровня трансляции в γ протеобактериях за счёт: образо

вания 100S димеров рибосом при участии фактора, модулирующего рибосому (RMF), и короткого фактора гибернации

рибосомы (shHPF) (а); увеличения количества неактивных 70S мономеров в комплексе с ассоциированным с рибосомой

ингибитором А (RaiA) (б); остановки рибосом, прошедших этап инициации энергозависимым регулятором трансляции А

(фактором EttA) (в) и предотвращения ассоциации 30S и 50S субъединиц фактором сайленсинга рибосомы S (RsfS) (г).

В остальных бактериях снижение уровня трансляции в условиях стресса и стационарной фазы роста опосредовано через

увеличение количества 100S димеров рибосом, индуцированных длинным фактором гибернации рибосомы (lHPF) (д), а

также через работу факторов EttA (в) и RsfS (г)

тах сахарозы продемонстрировали связанность

ваний сети белок белковых взаимодействий в

фактора RsfS с большой 50S субъединицей ри

Treponema pallidum методом двугибридного ана

босомы, при этом комплексов RsfS с малой 30S

лиза обнаружены взаимодействия ортолога фак

субъединицей, 70S рибосомами и с полисомами

тора RsfS (TP0738) с белками GatC, bL9, InfA,

не наблюдалось.

uL29, bL31, Thil, Def, bL32 и RimM (табли

Следующим шагом стало исследование бе

ца) [22]. Из полученных данных следовало, что

лок белковых взаимодействий между RsfS и

RsfS может участвовать в процессе трансляции.

различными мишенями. В результате исследо

Применение методов LC MS и MALDI TOF

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

606

ФАТХУЛЛИН и др.

для анализа белок белковых взаимодействий в

например, его диссоциация и высвобождение

E. coli выявило ряд белков, контактирующих с

50S субъединицы рибосомы. Обнаруженные

фактором RsfS (YbeB) [23]. Среди них присут

молекулярные взаимодействия также могут сви

ствовало четыре рибосомных белка большой

детельствовать о наличии неизвестных нам мо

50S субъединицы рибосомы: uL4, bL7/L12,

лекулярных механизмов, в которых может быть

uL14 и bL19 (таблица). Двугибридный анализ со

задействован фактор RsfS.

всеми потенциальными партнёрами факто

ра RsfS, обнаруженными в T. pallidum [22] и

E. coli [23], продемонстрировал наиболее силь

МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ RsfS

ное взаимодействие между RsfS и рибосомным

С 50S СУБЪЕДИНИЦЕЙ РИБОСОМЫ

белком uL14 как в T. pallidum, так и в E. coli [17].

Это взаимодействие оказалось консервативным

Теоретическая модель взаимодействия фак

и в протестированных клетках грамположитель

тора RsfS с 50S субъединицей рибосомы была

ной бактерии Streptococcus pneumoniae, циано

предложена Hauser et al. [17] на основе молеку

бактерии Synechocystis PCC 6803, Zea mays (орто

лярного докинга и биохимических эксперимен

тов. Для молекулярного докинга модель факто

лог Iojap и хлоропластный uL14) и Homo sapiens

(ортолог C7orf30 и митохондриальный uL14).

ра RsfS E. coli была сгенерирована на основе го

Таким образом, uL14 идентифицирован как ос

мологичных структур (PDB: 2ID1, 2O5A), мо

новной специфический партнёр для связывания

дель рибосомного белка uL14 использовалась из

RsfS на большой субъединице рибосомы. Остав

кристаллической структуры

70S рибосомы

E. coli (PDB: 2AWB). Критерием отбора финаль

шиеся партнёры RsfS, с которыми фактор взаи

модействует слабее, чем с uL14, оказались забы

ной модели являлось отсутствие стерических

ты. Мы считаем, что именно среди этих партнё

препятствий между фактором RsfS и компонен

ров может находиться «ключ» к пониманию по

тами 50S субъединицы рибосомы при наложе

ка неизвестных этапов функционирования RsfS,

нии сгенерированной модели гетеродимера

Белки, взаимодействие которых с RsfS протестировано методом двугибридного анализа

Белок

Организм

Описание (UniProt)

Источник

ThiI

Treponema pallidum

вероятная тРНК серотрансфераза ThiI

[22]

InfA

трансляционный инициаторный фактор IF 1

bL32

рибосомный белок bL32 50S субъединицы

RimM

фактор созревания RimM

Def

пептид деформилаза Def

uL29

рибосомный белок uL29 50S субъединицы

bL9

рибосомный белок bL9 50S субъединицы

GatC

С субъединица глутамил тРНК (Gln) амидотрансферазы

bL31

рибосомный белок bL31 50S субъединицы

DhaK

Escherichia coli

дигидроацетон киназа

[23]

YehL

АТФаза семейства MoxR

YehQ

белок, содержащий домен SWIM (цинковый палец)

bL19

рибосомный белок bL19 50S субъединицы

Cca

мультифункциональный ССА белок

uL4

рибосомный белок uL4 50S субъединицы

YihU

3′ сульфолактодегидроредуктаза

bL7/L12

рибосомный белок bL7/L12 50S субъединицы

uL14

рибосомный белок uL14 50S субъединицы

Примечание. Представлены данные из работы Hauser et al. [17]. Список партнёров из E. coli предложен на основе масс

спектрометрического анализа комплексов с RsfS [23].

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

608

ФАТХУЛЛИН и др.

RsfS*uL14 на структуры 70S рибосомы E. coli

формируются следующими элементами вторич

(PDB: 2AWB, 2AW7). Для подтверждения теоре

ной структуры: со стороны uL14 - это две

тической модели комплекса RsfS с 50S субъеди

C концевые α спирали (Arg104-Leu117); со сто

ницей рибосомы (рис. 2, а) в белке uL14 прово

роны RsfS - это β листы (β1, Val26-Asp30; β2,

дились одиночные замены на аланин а.о., рас

Cys40-Gly46; β3, Arg72-Gly75; β4, Trp81-Asp85;

положенных в предполагаемой области контак

β5, Ile89-His95), петля между β1 и β2 тяжа

та между RsfS и uL14 [17]. Далее методом дву

ми (Val31-Asp39) и C концевая α3 спираль

гибридного анализа отслеживалось сохранение

(Phe101-Gly109). Сравнение полученной струк

гетеродимера RsfS и uL14. На основании полу

туры комплекса 50S*RsfS M. tuberculosis с пред

ченных данных были идентифицированы а.о. в

ложенной Hauser et al. [17] теоретической мо

uL14, формирующие область контакта этих двух

делью 50S*RsfS E. coli выявило существенное от

белков в E. coli: Lys114, Thr97, Arg98, Ser117, из

личие: поворот фактора RsfS на 172° по нормали

которых первые два оказались наиболее критич

к плоскости интерфейсов. При этом взаимодей

ными для сохранения комплекса, а замена

ствие RsfS с uL14 происходит через те же эле

Ser117Ala эффекта не оказала. При этом Thr97 и

менты вторичной структуры: α3 спираль, β

Arg98 участвуют в формировании межсубъеди

лист и петлю между β1 и β2 тяжами.

ничного моста между 30S и 50S субъединица

Li et al. [15] протестировали влияние четырнад

ми 70S рибосомы E. coli. Согласно предложен

цати одиночных замен а.о. на факторе RsfS,

ной теоретической модели взаимодействия RsfS

формирующих интерфейс с uL14, на его способ

и uL14, при посадке фактора на 50S субъедини

ность ингибировать трансляцию. Только замена

цу блокируются Thr97 и Arg98 и возникают сте

Glu74Ala позволила получить растворимый пре

рические препятствия для ассоциации субъеди

парат белка, продемонстрировавший потерю

ниц до 70S рибосомы, что согласовывалось с

активности фактора на 64%, что, скорее всего,

биохимическими данными.

связано со снижением аффинности RsfS к 50S

Первая кристаллическая структура изолиро

субъединице рибосомы.

ванного фактора RsfS - это структура мутант

Структура комплекса 50S субъединицы с

ной формы фактора с одиночной заменой

фактором RsfS из S. aureus с высоким разреше

Tyr102Ala из M. tuberculosis [15]. Так как авторам

нием (3,2 Å) получена методом крио ЭМ в ис

не удалось получить кристаллы полноразмерно

следовании Khusainov et al. [19]. Модель взаимо

го фактора дикого типа, был применён скри

действия в RsfS с uL14 (рис. 2, в) оказалась близ

нинг мутантов RsfS с одиночными замена

ка к модели из M. tuberculosis (рис. 2, б) и не сов

ми а.о., предположительно, находящихся на по

падала с моделью для E. coli (рис. 2, а) [15, 17].

верхности белка. Только один из девяти мутан

Кроме основного контакта в комплексе между

тов - с заменой Tyr102Ala - сформировал крис

RsfS и uL14, высокое разрешение позволило

таллы, отражавшие рентгеновские лучи с разре

предположить наличие дополнительных потен

шением 2,1 Å. Согласно полученной структуре,

циальных контактов между RsfS и 50S субъеди

фактор RsfS - однодоменный белок, имеющий

ницей: с рибосомным белком bL19 и спиралью

укладку α1 β1 β2 α2 β3 β4 β5 α3, где пять β

H95 23S рРНК (рис. 3, а). В частности, могут

тяжей образуют β лист. Спирали α1 и α2 распо

формироваться водородные связи между отри

лагаются с одной стороны β листа, а спи

цательно заряженными а.о. Asp32 и Asp84 факто

раль α3 - на его краю с другой (взаимное распо

ра RsfS и положительно заряженными а.о. Arg39,

ложение элементов вторичной структуры изоб

Arg41 и Gln43, находящимися в петле рибосом

ражено на рис. 2, б).

ного белка bL19. Контакты между отрицательно

Первая структура комплекса 50S субъедини

заряженным сахарофосфатным остовом спира

цы рибосомы с фактором RsfS получена мето

ли H95 23S рРНК и боковыми группами Gln49,

дом криоэлектронной микроскопией (крио

Arg53 и Lys56 фактора RsfS также могут участво

ЭМ) с разрешением 9 Å для M. tuberculosis [15].

вать в его стабилизации на 50S субъединице [19].

В области рядом с рибосомным белком uL14 ав

Для определения комплексообразующих

торы обнаружили плотность, в которую вписали

взаимодействий между RsfS и uL14 S. aureus

мономер кристаллической структуры фактора

Khusainov et al. [19] получили кристаллическую

RsfS M. tuberculosis (рис. 2, б). Был сделан вывод,

структуру комплекса гетеродимера RsfS*uL14 с

что водородные связи и электростатические си

разрешением 2,3 Å. Сравнение кристаллической

лы, предположительно, являются превалирую

и крио ЭМ структур показало полную идентич

щим взаимодействием между RsfS и uL14, так

ность третичных структур uL14, в то время как

как электростатический потенциал интерфей

RsfS в кристалле имел более компактную струк

са RsfS, преимущественно, отрицательный, а

туру. Высокое разрешение кристаллической

uL14 - положительный. Контакты между ними

структуры позволило определить сеть водород

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

609

ных связей и области гидрофобных взаимодей

culosis, что может говорить либо о различии в

ствий в интерфейсе гетеродимера. При этом ос

механизмах действия, либо о необходимости

новные контакты между а.о. Arg97, Arg107,

модифицировать теоретическую модель работы

Lys113 из uL14 и Glu70, Asp81, Tyr98 из RsfS яв

фактора RsfS [15].

ляются консервативными в бактериях [19]. Из

Последние данные в области исследования

них только Arg97 и Lys113 обнаруживаются в

бактериального фактора RsfS получены на ри

списке важных остатков (Arg98 и Lys114 соответ

босомах E. coli методом крио ЭМ Nikolay et al.

ственно) для формирования комплекса

[24]. Им удалось определить три структуры на

RsfS*uL14 в E. coli [17]. В кристаллической

тивных комплексов 50S субъединиц на поздних

структуре гетеродимера они образуют по одной

этапах созревания с факторами биогенеза. Так

водородной связи, что, возможно, опровергает

же были определены структуры комплексов зре

их критичную значимость для комплекса в

лой 50S субъединицы c фактором RsfS и ГТФа

S. aureus. В ходе выделения и очистки RsfS

зой ObgE, являющейся бактериальным факто

S. aureus Khusainov et al. [19] не наблюдали гомо

ром созревания. В структурах трёх промежуточ

димерную фракцию, как в случае с RsfS M. tuber*

ных этапов биогенеза рибосомы обнаружены

Рис. 3. Партнёры, взаимодействующие с RsfS и с его ортологом MALSU1, по данным крио ЭМ: а - 50S субъединица ри

босомы S. aureus (PDB: 6SJ6); б - 50S субъединица рибосомы E. coli (PDB: 7BL4); в и г - промежуточные состояния боль

шой субъединицы миторибосомы H. sapiens (PDB: 7O9K, 7ODT)

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

610

ФАТХУЛЛИН и др.

плотности для факторов RsfS и ObgE [24]. Об

жено, что RsfS (Arg46, His47) совместно со спи

ласть связывания RsfS и его ориентация относи

ралью H95 23S рРНК (A2660-A2662) формиру

тельно 50S субъединицы рибосомы (рис. 2, г)

ют аналог связывающего кармана для β шпиль

совпадает с полученными ранее структурами,

ки (Leu198-Val211) G домена ObgE, при этом с

что подтверждает консервативность данного ме

противоположной стороны G домен фиксиру

ханизма в бактериях и опровергает теоретичес

ется спиралями H43 и H44

23S рРНК.

кую модель Hauser et al. [17] для E. coli (рис. 2, а).

Nikolay et al. [24] предполагают, что такое распо

Мы проанализировали интерфейс между 50S и

ложение может ограничивать подвижность G

RsfS E. coli (PDB: 7BL4). В нём присутствуют

домена ObgE и тем самым запускать ГТФазную

а.о., боковые группы которых могут формиро

активность.

вать водородные связи между uL14 и RsfS

Сравнивая результаты структурных исследо

в E. coli - Arg98, Gln93, Lys114, Arg108 на поверх

ваний фактора RsfS и его комплекса с 50S субъ

ности uL14 и Glu70, Asp81, Tyr98 - со сторо

единицей рибосомы, мы обнаруживаем высо

ны RsfS. При формировании комплекса Ile33,

кую схожесть моделей комплексов RsfS как со

Met37, Trp77, Val79, Met90 на RsfS и Met113,

зрелыми 50S субъединицами, так и с созреваю

Ile116, Leu118 - на uL14 становятся недоступ

щими субъединицами. Площадь интерфейса

ными молекулам растворителя, формируя гид

между RsfS и uL14 значительно превосходит

рофобное ядро. Список перечисленных амино

контакты RsfS с дополнительными партнёрами

кислот хорошо согласуются со списком амино

bL19 и H95 23S рРНК в комплексе с 50S субъ

кислот, формирующих интерфейс в гетеродиме

единицей рибосомы, что демонстрирует высокую

ре uL14*RsfS из S. aureus [19], что позволяет ин

аффинность фактора не к субъединице, а имен

терпретировать результаты Hauser et al. [17] по

но к рибосомному белку uL14, как к основному

влиянию мутаций на формирование комплек

партнёру. Следовательно, можно предположить,

сов uL14*RsfS в E. coli. Мы считаем, что Arg98 и

что для связывания фактора RsfS на большой

Lys114 участвуют в формировании водородных

субъединице рибосомы необходим только лишь

связей, поэтому их боковые группы важны для

свободный интерфейс uL14. Это предположе

стабилизации гетеродимера. Боковая группа

ние подтверждается высокой аффинностью RsfS

Ser117 находится в области гидрофобного ядра,

только к рибосомному белку uL14 [17, 23], нали

и её потеря не может оказать диссоциирующего

чием структуры гетеродимера RsfS с uL14 [19] и

эффекта. Причины, по которым боковая группа

совпадением моделей созревающей и зрелой

Thr97 является критичной для формирования

50S субъединиц рибосомы [15, 19, 24]. Из полу

гетеродимера, не очевидны, так как данная ами

ченных структурных данных комплексов мы

нокислота находится на периферии интерфейса

можем заключить, что добавление фактора RsfS

и никаких связей не образует. Возможно, боко

к 50S субъединице рибосомы in vitro (к зрелой

вая группа Thr97 участвует в правильном пози

или на любой стадии созревания) априори будет

ционировании боковой группы Tyr98 RsfS, ко

образовывать комплекс при условии доступнос

торая, в свою очередь, формирует водородную

ти интерфейса рибосомного белка uL14. Имен

связь и закрывает гидрофобное ядро в интер

но так проводились эксперименты [15, 19]. Воз

фейсе гетеродимера.

можно, что таких комплексов не наблюдалось

В структурах созревающих рибосом из

бы, если бы в смеси присутствовал агент, кото

E. coli [24] также обнаруживаются контакты,

рый либо запускает процесс диссоциации фак

аналогичные структуре комплекса RsfS с рибо

тора RsfS с 50S субъединицы рибосомы, либо

сомой из S. aureus [19]: между положительно за

препятствует связыванию фактора RsfS за счёт

ряженными а.о. Lys36, Arg38 и Gln40 bL19 и от

его инактивации. Khusainov et al. [19] выдвинули

рицательно заряженными Ser32, Asp84 факто

гипотезу, что для диссоциации фактора RsfS с

ра RsfS. В сторону отрицательно заряженного

50S субъединицы рибосомы необходим допол

сахарофосфатного остова спирали H95

нительный ГТФазный фактор, по аналогии с

23S рРНК направлены боковые группы Arg46,

HfIX механизмом высвобождения фактора ги

Gln57 и Arg60 RsfS, вероятно, участвующие в

бернации HPF, который мог бы запускать про

стабилизации фактора на

50S субъединице

цесс диссоциации через гидролиз ГТФ [27]. Сам

E. coli. Комплекс зрелой 50S субъединицы E. coli

факт наличия крио ЭМ комплексов [15, 19] го

с RsfS и ObgE, полученный со средним разреше

ворит о том, что ни RsfS, ни субъединицы рибо

нием крио ЭМ карты в 2,4 Å (рис. 3, б), позво

сомы процесс диссоциации фактора не регули

лил визуализировать взаимодействия между

руют. В случае созревающих рибосом E. coli [24]

факторами [24]. Использование нерасщепляе

комплексы с RsfS были получены из лизатов

мого аналога ГТФ, GMPPNP, зафиксировало

клеток, собранных на экспоненциальной фазе

ГТФазу ObgE в связанном состоянии. Обнару

роста клеточной культуры, что исключает нали

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

611

чие стресса, как в стационарной фазе роста [17].

ции рибосомных субъединиц до 70S рибосомы,

В целом это позволяет трактовать функцию

при этом не взаимодействует с транслирующи

фактора RsfS как фактора созревания большой

ми рибосомами (рис. 1, г). Отсутствие RsfS при

субъединицы рибосомы, но, безусловно, нужны

водит к низкой адаптируемости клеток при пе

дополнительные функциональные тесты, кото

реходе от богатой питательной среды к бедной и

рые однозначно бы продемонстрировали отли

к снижению их жизнеспособности в стационар

чия в созревании большой субъединицы рибо

ной фазе роста, что в итоге ведёт к гибели кле

сомы в зависимости от наличия и отсутствия

ток [17].

фактора RsfS в клетках.

Работа Hauser et al. [17] - первая работа, пос

вящённая исследованию бактериального факто

ра RsfS. Именно из её результатов вытекает ги

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

потеза о факторе RsfS как о стресс факторе.

ФАКТОРА RsfS

Смоделированные авторами условия голодания

(перенос клеток из богатой питательной среды в

Поскольку делеционные мутанты с нару

бедную), как и стационарная фаза роста - это

шенным процессом биогенеза рибосом приво

условия стресса, в которых отсутствие факто

дят к холодочувствительным штаммам [28-30],

ра RsfS приводило к снижению выживаемости

то в первых тестах по определению функций

клеток. Отсюда следует важное заключение о

фактора RsfS в бактериальных клетках E. coli

необходимости фактора RsfS в условиях стресса.

проводилась оценка влияния отсутствия факто

Отсутствие накопления продуктов трансляции

ра RsfS на рост клеток. Эксперименты продемон

β галактозидазы в стационарной фазе роста

стрировали, что делеция гена rsfs не приводит к

клеток in vivo (стрессовые условия), что также

холодочувствительному фенотипу [21]. Экспе

воспроизведено в экспериментах in vitro, являет

рименты по отслеживанию конкурентного рос

ся яркой демонстрацией функции RsfS - оста

та штаммов E. coli Δrsfs и дикого типа показали

новка трансляции ради выживания. Если рас

низкую конкурентоспособность клеток с деле

сматривать фактор RsfS с точки зрения концеп

цией в богатой питательной среде и абсолютную

ции фактора созревания, то это подразумевает

неконкурентоспособность при переносе клеток

его активную вовлечённость в процесс биогене

в ходе их роста из богатой питательной среды в

за рибосомы. В этом случае RsfS должен быть

бедную [17]. Если в первом случае соотношение

важен на этапе активного роста и деления кле

количества клеток дикого типа к клеткам деле

ток (экспоненциальная фаза роста культуры

ционного штамма достигало значения 9 : 1 за

клеток). Однако результат отсутствия факто

35 поколений, то во втором случае - всего за

ра RsfS в делеционных мутантах E. coli проявля

5 поколений. Перенос клеток с делецией из бо

ется только в стационарной фазе роста (стрессо

гатой питательной среды в бедную также приво

вые условия), когда большинство рибосом уже

дил к остановке их роста при достижении стацио

созрели и не нуждаются в факторах биогенеза.

нарной фазы на 14 часов с последующим возоб

В последней работе, посвящённой созрева

новлением скорости удвоения до уровня ско

нию 50S субъединицы E. coli [24], обнаружено,

рости клеток дикого типа [22].

что как зрелые, так и незрелые 50S субъедини

Эксперименты по экспрессии β галактози

цы способны связывать ГТФазу ObgE. Однако

дазы в клетках E. coli дикого типа и с делецией

только зрелые 50S субъединицы стимулируют

гена Δrsfs выявили накопление продукта транс

ГТФазную активность G домена ObgE, которая

ляции в стационарной фазе роста в клетках с де

увеличивается на 15% при добавлении RsfS [24].

лецией, в то время как в клетках дикого типа

Анализ ГТФазной активности с течением вре

уровень экспрессии значительно снижался [17].

мени показал увеличение скорости гидролиза

Аналогичное снижение трансляции наблюда

при добавлении фактора RsfS на 45%. Таким об

лось и в экспериментах in vitro с бесклеточной

разом, одной из функций RsfS является стиму

системой трансляции. Фактор RsfS, связываясь

ляция 50S опосредованной ГТФазной актив

со свободной 50S субъединицей рибосомы,

ности ObgE [24].

предотвращал ассоциацию 30S и 50S субъеди

Работа Nikolay et al. [24] - последняя вышед

ниц и тем самым приводил к снижению уровня

шая работа, в которой исследовался бактериаль

трансляции в 5 раз по сравнению с контролем.

ный фактор RsfS, и первая работа, в которой бы

Стоит отметить, что такого эффекта не наблю

ло сделано однозначное заключение, что фак

далось при добавлении фактора к 70S рибосо

тор RsfS обладает функциями фактора созрева

мам [17]. Полученные экспериментальные дан

ния 50S субъединицы рибосомы. В пользу дан

ные позволили сделать следующие выводы о

ного утверждения приводятся функциональные

функциях RsfS: фактор препятствует ассоциа

тесты с обнаруженным стимулирующим эффек

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

612

ФАТХУЛЛИН и др.

том фактора RsfS ГТФазной активности G до

ного остатка (mt ACP, mitochondrial Acyl Carrier

мена фактора биогенеза рибосомы ObgE.

Protein), соединяющийся с L0R8F8 (рис. 2, д).

Действительно, если бы фактор RsfS не участво

В дальнейшем установлено, что L0R8F8 является

вал в биогенезе рибосомы, то сложно объяснить

митохондриальным элонгационным фактором 1

«случайно» возникший стимулирующий эффект

(MIEF1) и участвует в регуляции трансляции ми

ГТФазной активности ObgE от связывания RsfS

тохондриальных рибосом [35]. Белок mt ACP

на 50S субъединице рибосомы.

также обнаружен в комплексах NADH, в сборке

железосерного кластера и в созревании как боль

шой, так и малой субъединиц митохондриальных

MALSU1 - МИТОХОНДРИАЛЬНЫЙ

рибосом Trypanosoma brucei [26, 36]. Предполо

ОРТОЛОГ RsfS

жительная функция тройного комплекса

MALSU1*L0R8F8*mt ACP заключается в орга

Li et al. [15] выдвинули гипотезу, что RsfS мо

низации стерического препятствия для прежде

жет иметь более широкий спектр функций в

временной ассоциации большой и малой мито

клетках, помимо регуляции уровня трансляции.

хондриальных субъединиц рибосом. Одного фак

Такие выводы были сделаны на основе обнару

тора MALSU1 для этого может быть недостаточ

женных функций ортолога MALSU1 (ра

но из за отсутствия спирали h14 в рРНК малой

нее C7orf30) человека. Данный белок участвует в

субъединицы митохондриальной рибосомы,

сборке и стабилизации большой субъединицы

столкновение с которой и препятствует ассоциа

митохондриальных рибосом [18, 31, 32]. В эука

ции в случае бактериального RsfS. Brown et al.

риотической рибосоме с uL14 связывается фак

[25] предполагают, что тройной комплекс

тор eIF6, который предотвращает преждевре

MALSU1*L0R8F8*mt ACP эволюционировал

менную ассоциацию большой и малой субъеди

совместно с эволюцией митохондриальной рибо

ниц, однако структурной схожести с RsfS не

сомы для обеспечения стерического препятствия

имеет [33, 34].

со спиралями h5, h15 митохондриальной рРНК и

В качестве подтверждения этой гипотезы

N концом mS26 малой субъединицы рибосомы.

можно рассматривать структуры позднего этапа

На финальном этапе созревания данный комп

созревания большой субъединицы митохондри

лекс должен покинуть большую субъединицу ри

альной рибосомы (миторибосомы) человека в

босомы для снятия стерических ограничений.

комплексе с ортологом RsfS - MALSU1 [25].

Комплекс

из

трёх

факторов

Комплексы получены методом крио ЭМ со

MALSU1*L0R8F8*mt ACP идентифицирован в

средним разрешением 3 Å. В процессе интер

структуре промежуточного состояния созреваю

претации карт крио ЭМ обнаружено, что фак

щей миторибосомы для T. brucei (рис. 2, е). [26].

тор MALSU1 связан с белком uL14m большой

В двух полученных интермедиатах рибосом

субъединицы (рис. 2, д). 3D Модель MALSU1

комплекс присутствовал только на более позд

для крио ЭМ структуры была построена на ос

нем этапе созревания, при этом характер его

нове ортолога из M. tuberculosis. Сравнение

взаимодействия с рибосомой аналогичен опи

пространственных структур MALSU1 и RsfS

санному в работе Brown et al. [25], а именно: че

M. tuberculosis показало их схожесть

рез контакт между MALSU1 и uL14m. Взаимное

(rmsd = 1,9 Å), а контактирующая область согла

расположение элементов вторичной структуры

совывалась с мутациями, которые приводили к

в области контакта uL14 (uL14m) и RsfS

диссоциации комплекса в E. coli [17]. В комп

(MALSU1) сохраняется как в бактериях, так и в

лексе обнаружено взаимодействие MALSU1 с

митохондриях.

bL19m и сарцин рициновой петлёй (H95) мито

В работе, посвящённой исследованию си

хондриальной рРНК большой субъединицы,

стемы контроля преждевременного прерывания

что, возможно, помогает правильному сворачи

трансляции, запускающей процесс высвобож

ванию митохондриальной рРНК в ходе биогене

дения миторибосом H. sapiens, обнаружен тот

за. Эти контакты аналогичны описанным выше

же комплекс MALSU1*L0R8F8*mt ACP [37].

дополнительным контактам в комплексах RsfS с

На основе полученных крио ЭМ структур

большой 50S субъединицей рибосомы S. aureus

больших субъединиц миторибосом в комплек

и E coli [19].

се с факторами высвобождения авторы выдви

В крио ЭМ карте комплекса в области посад

нули гипотезу о необходимости комплекса

ки MALSU1 также обнаружена плотность, кото

MALSU1*L0R8F8*mt ACP как препятствия

рую интерпретировали как соответствующую

преждевременной ассоциации большой и малой

двум белкам. Первый белок - L0R8F8, непосред

субъединиц во время высвобождения тРНК и

ственно взаимодействующий с MALSU1, вто

растущего полипептида. Это позволяет отнести

рой - митохондриальный белок носитель ациль

MALSU1 в составе комплекса к таким факто

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

613

рам, как eIF6, ABCE1 и eIF3, предотвращаю

ранних этапах созревания большой субъедини

щим преждевременную ассоциацию рибосом

цы и покидает её на заключительном этапе, ока

ных субъединиц в ходе инициации трансляции,

зывая анти ассоциативный эффект. ГТФазы

рециклинга и биогенеза рибосомы.

GTPBP5 и GTPBP10, сохранив структуру, гомо

Последние работы, посвящённые исследо

логичную бактериальному фактору ObgE, пред

ванию промежуточных состояний созревающих

положительно, имеют другую функцию в про

миторибосом H. sapiens, продемонстрировали

цессе сборки рибосомы, так как ассоциированы

наличие комплекса MALSU1*L0R8F8*mt ACP

с более ранними её этапами и не регулируются

практически во всех полученных структурах ин

ортологом RsfS.

термедиатов поздней стадии [38-41]. В одном из

Подводя итог обзору серии работ, посвящён

интермедиатных состояний созревающей боль

ных исследованию созревания большой субъ

шой субъединицы миторибосомы обнаружено

единицы митохондриальной рибосомы, можно

формирование контактов между MALSU1

отметить схожесть анти ассоциативного меха

и mtEF Tu, являющимся митохондриальным

низма рибосомных субъединиц, реализованного

аналогом бактериального элонгационного фак

через факторы RsfS и MALSU1. Они имеют схо

тора EF Tu (рис. 3, в) [39]. Такой контакт, пред

жую третичную структуру, ассоциированы с ана

положительно, становится возможным благода

логичными партнёрами на рибосоме (рибосом

ря связыванию ГТФазы, являющейся гомоло

ные белки uL14, bL19/mtL19, спираль H95

гом бактериального фактора ObgE, ГТФ связы

рРНК), взаимодействуют с фактором созрева

вающим белком (GTPBP5, GTP Binding

ния ObgE/GTPBP5 и формируют стерические

Protein 5) (другое название MTG2, Mitochondrial

препятствия для ассоциации рибосомных субъ

Ribosome Associated GTPase 2). В остальных

единиц. При этом имеются и существенные от

структурах связывание тройственного комплек

личия между RsfS и MALSU1. MALSU1 оказыва

са (mtEF Tu*GTP*аа тРНК) на большой субъ

ет анти ассоциативной эффект только в комп

единице миторибосомы затруднено из за воз

лексе с L0R8F8 и mt ACP, а RsfS - в одиночку.

никающих стерических препятствий между ним

MALSU1 взаимодействует с гомологами бакте

и комплексом MALSU1*L0R8F8*mt ACP. Кро

риального фактора ObgE (GTPBP5 и GTPBP10)

ме контакта с mtEF Tu, MALSU1 также взаимо

и фактором GTPBP7 (нет аналога в бактериях),

действует с GTPBP5 и GTPBP7 (MTG1) - ещё

но не регулирует их, в то время как RsfS стимули

одним фактором созревания, гомологом бакте

рует ГТФазную активность фактора ObgE.

риального RbgA [39] (рис. 3, в). Контакт между

GTPBP5 и MALSU1 присутствует и в других

структурах

созревающих

миторибосом

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

(рис. 3, г), однако GTPBP5, в отличие от ObgE,

функционирует независимо от ортолога RsfS -

Резюмируя проведённый анализ, мы сталки

MALSU1 [38, 41]. Ещё один митохондриальный

ваемся с противоречивыми данными. С одной

функционально консервативный гомолог бак

стороны, фактор RsfS - стресс фактор, снижа

териального ObgE - GTPBP10. Он присутство

ющий уровень трансляции в стационарной фазе

вал в первом из девяти промежуточных состоя

роста культуры клеток за счёт анти ассоциатив

ний биогенеза большой субъединицы митори

ного эффекта рибосомных субъединиц. Отсут

босомы, практически все из которых содержали

ствие фактора снижает выживаемость клеток в

комплекс MALSU1*L0R8F8*mt ACP [40]. Авто

условиях голодания, но при этом не даёт холо

ры не исключают, что фактор GTPBP10 может

дочувствительный фенотип, как в случае с дру

сохраняться и в более поздних интермедиатах.

гими факторами созревания рибосом. С другой

GTPBP10 в полученной структуре взаимодей

стороны, RsfS - фактор созревания биогенеза

ствовал с выступом L7/L12 и сарцин рициновой

рибосомы, проявляющий анти ассоциативный

петлёй, что характерно для этого семейства бел

эффект на этапе сборки 50S субъединицы.

ков как в прокариотах, так и эукариотах. Так как

RsfS формирует комплексы с созревающими

GTPBP10 связывается в той же области, что и

50S субъединицами рибосом, взаимодействует с

GTPBP5, предполагается, что они являются взаи

фактором созревания ObgE и стимулирует его

моисключающими, при этом GTPBP10 на опре

ГТФазную активность, имеет схожую структуру

делённом этапе созревания субъединицы поки

и область связывания с митохондриальным

дает своё положение, уступая место GTPBP5

фактором созревания рибосомы MALSU1. Ис

[41]. Авторы серии работ, посвящённой ис

ходя из приведённых данных, можно предполо

следованию созревания миторибосомы H. sapi*

жить, что фактор RsfS является бифункциональ

ens, сходятся во мнении, что комплекс

ным белком, который одновременно выполняет

MALSU1*L0R8F8*mt ACP присоединяется на

функции и стресс фактора, и фактора биогенеза

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

614

ФАТХУЛЛИН и др.

рибосомы (к этому склоняется Nikolay et al.

Мы считаем, что только детальное изучение

[24]). В этом случае возникают следующие воп

этих вопросов позволит выявить причины и ме

росы. Почему не наблюдается фенотипического

ханизмы, включающие внутриклеточный син

различия в штаммах с делецией Δrsfs? Действи

тез фактора RsfS и регулирующую его функцио

тельно ли наличие фактора RsfS на этапе сборки

нальную активность, а также поможет коррект

большой субъединицы рибосомы является кри

но классифицировать RsfS к той или иной груп

тичным и к каким дефектам сборки 50S это при

пе факторов, отнесение к которым пока остаёт

ведёт? Объективно говоря, заключение, что

ся на уровне гипотез.

фактор RsfS является фактором биогенеза рибо

сомы, сделано по косвенным признакам, так

как напрямую не показано, как наличие или от

Финансирование. Работа выполнена на сред

сутствие фактора влияет на процесс сборки 50S

ства, выделенные по государственному заданию

субъединицы рибосомы. Также остаётся откры

ФИЦ «Казанский научный центр РАН».

тым важнейший вопрос, касающийся регуляции

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от

функций RsfS. Если фактор действительно яв

сутствии конфликта интересов.

ляется бифункциональным, тогда как он ассо

Соблюдение этических норм. Настоящая

циирует/диссоциирует с незрелыми и созрев

статья не содержит описания каких либо иссле

шими рибосомами, и как происходит их распоз

дований с участием людей или животных в каче

навание? Вне зависимости от того, является ли

стве объектов.

RsfS фактором биогенеза или стресс фактором,

Дополнительная информация. Рисунки под

остаётся актуальным вопрос регуляции его свя

готовлены с использованием программы

зывания с большой субъединицей рибосомы. Chimera [42].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Korostelev, A., Ermolenko, D. N., and Noller, H. F. (2008)

9. Ueta, M., Wada, C., Daifuku, T., Sako, Y., Bessho, Y.,

Structural dynamics of the ribosome, Curr. Opin. Chem.

et al. (2013) Conservation of two distinct types of 100S

Biol., 12, 674 683, doi: 10.1016/j.cbpa.2008.08.037.

ribosome in bacteria, Genes Cells,

18,

554574,

Melnikov, S., Ben Shem, A., Garreau de Loubresse, N.,

doi: 10.1111/gtc.12057.

Jenner, L., Yusupova, G., et al. (2012) One core, two shells:

10. Ueta, M., Yoshida, H., Wada, C., Baba, T., Mori, H., et al.

Bacterial and eukaryotic ribosomes, Nat. Struct. Mol. Biol.,

(2005) Ribosome binding proteins YhbH and YfiA have

19, 560 567, doi: 10.1038/nsmb.2313.

opposite functions during 100S formation in the stationary

Wilson, D. N., and Nierhaus, K. H. (2007) The weird and

phase of Escherichia coli, Genes Cells, 10, 1103 1112,

wonderful world of bacterial ribosome regulation, Crit. Rev.

doi: 10.1111/j.1365 2443.2005.00903.x.

Biochem. Mol. Biol.,

42,

187219, doi:

10.1080/

11. Ueta, M., Ohniwa, R. L., Yoshida, H., Maki, Y., Wada, C.,

10409230701360843.

et al. (2008) Role of HPF (hibernation promoting factor)

Maksimova, E. M., Korepanov, A. P., Kravchenko, O. V.,

in translational activity in Escherichia coli, J. Biochem.,

Baymukhametov, T. N., Myasnikov, A. G., et al. (2021)

143, 425 433, doi: 10.1093/jb/mvm243.

RbfA is involved in two important stages of 30S subunit

12. Prossliner, T., Winther, K. S., Sorensen, M. A., and

assembly: Formation of the central pseudoknot and dock

Gerdes, K. (2018) Ribosome hibernation, Annu. Rev.

ing of Helix 44 to the decoding center, Int. J. Mol. Sci., 22,

Genet., 52, 321 348, doi: 10.1146/annurev genet 120215

doi: 10.3390/ijms22116140.

035130.

Guo, Q., Goto, S., Chen, Y. L., Feng, B. Y., Xu, Y. J., et al.

13. Han, C. D., Coe, E. H., and Martienssen, R. A. (1992)

(2013) Dissecting the in vivo assembly of the 30S ribosomal

Molecular cloning and characterization of iojap (Ij), a pat

subunit reveals the role of RimM and general features of

tern striping gene of maize, EMBO J., 11, 4037 4046,

the assembly process, Nucleic Acids Res., 41, 2609 2620,

doi: 10.1002/j.1460 2075.1992.tb05497.x.

doi: 10.1093/nar/gks1256.

14. Galperin, M. Y., and Koonin, E. V. (2004) “Conserved

Klinge, S., and Woolford, J. L. (2019) Ribosome assembly

hypothetical” proteins: Prioritization of targets for experi

coming into focus, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 20, 116 131,

mental study, Nucleic Acids Res.,

32,

54525463,

doi: 10.1038/s41580 018 0078 y.

doi: 10.1093/nar/gkh885.

Ronneau, S., and Hallez, R. (2019) Make and break the

15. Li, X., Sun, Q., Jiang, C., Yang, K., Hung, L. W., et al.

alarmone: Regulation of (p)ppGpp synthetase/hydrolase

(2015) Structure of ribosomal silencing factor bound to

enzymes in bacteria, FEMS Microbiol. Rev., 43, 389 400,

Mycobacterium tuberculosis ribosome, Structure, 23, 1858

doi: 10.1093/femsre/fuz009.

1865, doi: 10.1016/j.str.2015.07.014.

Ueta, M., Wada, C., and Wada, A. (2010) Formation of

16. Basu, A., Shields, K. E., Eickhoff, C. S., Hoft, D. F., and

100S ribosomes in Staphylococcus aureus by the hiberna

Yap, M. N. (2018) Thermal and Nutritional regulation of

tion promoting factor homolog SaHPF, Genes Cells, 15, 43

ribosome hibernation in Staphylococcus aureus,

58, doi: 10.1111/j.1365 2443.2009.01364.x.

J. Bacteriol., 200, doi: 10.1128/JB.00426 18.

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

RsfS - ФАКТОР ГИБЕРНАЦИИ ИЛИ ФАКТОР БИОГЕНЕЗА РИБОСОМЫ?

615

17.

Hauser, R., Pech, M., Kijek, J., Yamamoto, H., Titz, B.,

30.

Phadtare, S., and Inouye, M. (2008) The cold shock

et al. (2012) RsfA (YbeB) proteins are conserved ribosomal

response, EcoSal Plus, 3, doi: 10.1128/ecosalplus.5.4.2.

silencing factors, PLoS Genet.,

8, e1002815,

31.

Wanschers, B. F., Szklarczyk, R., Pajak, A., van den Brand,

doi: 10.1371/journal.pgen.1002815.

M. A., Gloerich, J., et al. (2012) C7orf30 specifically asso

18.

Rorbach, J., Gammage, P. A., and Minczuk, M. (2012)

ciates with the large subunit of the mitochondrial ribosome

C7orf30 is necessary for biogenesis of the large subunit of

and is involved in translation, Nucleic Acids Res., 40, 4040

the mitochondrial ribosome, Nucleic Acids Res., 40, 4097

4051, doi: 10.1093/nar/gkr1271.

4109, doi: 10.1093/nar/gkr1282.

32.

Fung, S., Nishimura, T., Sasarman, F., and Shoubridge,

19.

Khusainov, I., Fatkhullin, B., Pellegrino, S., Bikmullin, A.,

E. A. (2013) The conserved interaction of C7orf30 with

Liu, W. T., et al. (2020) Mechanism of ribosome shutdown

MRPL14 promotes biogenesis of the mitochondrial

by RsfS in Staphylococcus aureus revealed by integrative

large ribosomal subunit and mitochondrial translation,

structural biology approach, Nat. Commun., 11, 1656,

Mol. Biol. Cell, 24, 184 193, doi: 10.1091/mbc.E12 09

doi: 10.1038/s41467 020 15517 0.

0651.

20.

Bernhardt, T. G., and de Boer, P. A. (2004) Screening for

33.

Gartmann, M., Blau, M., Armache, J. P., Mielke, T.,

synthetic lethal mutants in Escherichia coli and identifica

Topf, M., et al. (2010) Mechanism of eIF6 mediated inhi

tion of EnvC (YibP) as a periplasmic septal ring factor with

bition of ribosomal subunit joining, J. Biol. Chem., 285,

murein hydrolase activity, Mol. Microbiol., 52, 1255 1269,

14848 14851, doi: 10.1074/jbc.C109.096057.

doi: 10.1111/j.1365 2958.2004.04063.x.

34.

Klinge, S., Voigts Hoffmann, F., Leibundgut, M.,

21.

Jiang, M., Sullivan, S. M., Walker, A. K., Strahler, J. R.,

Arpagaus, S., and Ban, N. (2011) Crystal structure of the

Andrews, P. C., et al. (2007) Identification of novel

eukaryotic 60S ribosomal subunit in complex with initia

Escherichia coli ribosome associated proteins using isobar

tion factor 6, Science, 334, 941948, doi: 10.1126/

ic tags and multidimensional protein identification tech

science.1211204.

niques, J. Bacteriol., 189, 34343444, doi: 10.1128/

35.

Rathore, A., Chu, Q., Tan, D., Martinez, T. F.,

JB.00090 07.

Donaldson, C. J., et al. (2018) MIEF1 microprotein regu

22.

Titz, B., Rajagopala, S. V., Goll, J., Hauser, R., McKevitt,

lates mitochondrial translation, Biochemistry, 57, 5564

M. T., et al. (2008) The binary protein interactome of

5575, doi: 10.1021/acs.biochem.8b00726.

Treponema pallidum - the syphilis spirochete, PLoS One,

36.

Saurer, M., Ramrath, D. J. F., Niemann, M., Calderaro,

3, e2292, doi: 10.1371/journal.pone.0002292.

S., Prange, C., et al. (2019) Mitoribosomal small subunit

23.

Butland, G., Peregrin Alvarez, J. M., Li, J., Yang, W.,

biogenesis in trypanosomes involves an extensive assembly

Yang, X., et al. (2005) Interaction network containing con

machinery, Science,

365,

11441149, doi:

10.1126/

served and essential protein complexes in Escherichia coli,

science.aaw5570.

Nature, 433, 531 537, doi: 10.1038/nature03239.

37.

Desai, N., Yang, H. T., Chandrasekaran, V., Kazi, R.,

24.

Nikolay, R., Hilal, T., Schmidt, S., Qin, B., Schwefel, D.,

Minczuk, M., et al. (2020) Elongational stalling activates

et al. (2021) Snapshots of native pre 50S ribosomes reveal

mitoribosome associated quality control, Science, 370,

a biogenesis factor network and evolutionary specializa

1105 1110, doi: 10.1126/science.abc7782.

tion, Mol. Cell, 81, 1200 1215.e1209, doi: 10.1016/j.molcel.

38.

Lenarcic, T., Jaskolowski, M., Leibundgut, M., Scaiola,

2021.02.006.

A., Schonhut, T., et al. (2021) Stepwise maturation of the

25.

Brown, A., Rathore, S., Kimanius, D., Aibara, S., Bai,

peptidyl transferase region of human mitoribosomes, Nat.

X. C., et al. (2017) Structures of the human mitochondrial

Commun., 12, 3671, doi: 10.1038/s41467 021 23811 8.

ribosome in native states of assembly, Nat. Struct. Mol.

39.

Cipullo, M., Gese, G. V., Khawaja, A., Hallberg, B. M.,

Biol., 24, 866 869, doi: 10.1038/nsmb.3464.

and Rorbach, J. (2021) Structural basis for late matura

26.

Jaskolowski, M., Ramrath, D. J. F., Bieri, P.,

tion steps of the human mitoribosomal large subunit,

Niemann, M., Mattei, S., et al. (2020) Structural insights

Nat. Commun., 12, 3673, doi: 10.1038/s41467 021

into the mechanism of mitoribosomal large subunit bio

23617 8.

genesis, Mol. Cell,

79,

629644.e4, doi:

10.1016/

40.

Cheng, J., Berninghausen, O., and Beckmann, R. (2021)

j.molcel.2020.06.030.

A distinct assembly pathway of the human 39S late pre

27.

Basu, A., and Yap, M. N. (2017) Disassembly of the

mitoribosome,

Nat.

Commun.,

12,

4544,

Staphylococcus aureus hibernating 100S ribosome by an

doi: 10.1038/s41467 021 24818 x.

evolutionarily conserved GTPase, Proc. Natl. Acad. Sci.

41.

Hillen, H. S., Lavdovskaia, E., Nadler, F., Hanitsch, E.,

USA, 114, E8165 E8173, doi: 10.1073/pnas.1709588114.

Linden, A., et al. (2021) Structural basis of GTPase

28.

Gutgsell, N. S., Deutscher, M. P., and Ofengand, J. (2005)

mediated mitochondrial ribosome biogenesis and recy

The pseudouridine synthase RluD is required for normal

cling, Nat. Commun., 12, 3672, doi: 10.1038/s41467 021

ribosome assembly and function in Escherichia coli, RNA,

23702 y.

11, 1141 1152, doi: 10.1261/rna.2550105.

42.

Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G.

29.

Charollais, J., Dreyfus, M., and Iost, I. (2004) CsdA, a

S., Greenblatt, D. M., et al. (2004) UCSF Chimera -

cold shock RNA helicase from Escherichia coli, is involved

a visualization system for exploratory research and analy

in the biogenesis of 50S ribosomal subunit, Nucleic Acids

sis, J. Comput. Chem., 25, 1605 1612, doi: 10.1002/jcc.

Res., 32, 2751 2759, doi: 10.1093/nar/gkh603.

20084.

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022

616

ФАТХУЛЛИН и др.

IS RsfS A FACTOR OF HIBERNATION

OR A FACTOR OF RIBOSOME BIOGENESIS?

Review

B. F. Fatkhullin^1,2*, A. G. Gabdulkhakov¹, and M. M. Yusupov^2,3

¹ Institute of Protein Research, Russian Academy of Science, 142290 Pushchino,

Moscow Region, Russia; e*mail: morgenstern100@mail.ru

² Institute of Genetics and Molecular and Cellular Biology, 67400 Illkirch, France

³ Laboratory of Structural Analyze of Biomacromolecules, Federal Research Center

“Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences”, 420111 Kazan, Russia

The appearance of bacterial, archaeal, and eukaryotic ribosome structures, obtained by crystallography and cryogenic

electron microscopy, served as an impetus for the study of intracellular regulatory proteins that affect various stages of

translation. Among them are ribosome hibernation factors, which have been actively studied in the last decade. They

are involved in the regulation of protein biosynthesis under stressful conditions. The main tasks of hibernation factors

are to reduce the energy consumption for protein biosynthesis and to preserve existing functional ribosomes from

degradation, thereby increasing cell survival in unfavorable conditions. Although the wide interest to this topic, only

a few works have been published to the study of the RsfS factor (Ribosome silencing factor S). According to their

results, the RsfS factor is usually referred to the group of hibernation factors. However, a recent work in the field of

structural studies of the 50S ribosomal subunit maturation demonstrates that RsfS has features inherent to biogenesis

factors, for example, association with an immature ribosomal subunit, like its mitochondrial orthologue MALSU1. In

this review, we summarized available information about the RsfS factor, its functions and structural features, and also

carried out a comparative analysis of the factor with the mitochondrial ortholog MALSU1 in order to try to answer

the emerging question: “Is RsfS a hibernation factor or a ribosome biogenesis factor?” This review may serve as an

impetus for the study of molecular mechanisms in which the RsfS factor is involved, which, to date, remain com

pletely unknown.

Keywords: ribosome, ribosome biogenesis factor, hibernation factor, RsfS

БИОХИМИЯ том 87 вып. 5 2022