Żywe komórki używają rybosomów i transferowego RNA (tRNA) do dekodowania sekwencji mRNA i przełożenia informacji zakodowanej za pomocą kodu trójkowego zasad na białko o prawidłowej sekwencji i funkcji. Ponadto, ważne jest, aby komórki produkowały białka w odpowiednim tempie, by zapobiec ich niewłaściwemu fałdowaniu i w konsekwencji formowaniu agregatów wewnątrzkomórkowych. Modyfikowanie tRNA poprzez dołączenie małych grup chemicznych przez specyficzne enzymy jest jednym ze sposobów na regulację prędkości produkcji białek.
Zespół naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, Uniwersytetu Marcina Lutra Halle-Wittenberga oraz Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) zdołał uchwycić taki enzym podczas pracy. W tym celu naukowcy wykorzystali metodę krio-mikroskopii elektronowej (cryo-EM) do określenia struktury przestrzennej dużego kompleksu białkowego, zwanego Elongator, w stanie wolnym oraz związanym z jego naturalnym substratem jakim jest cząsteczka tRNA. Ich wyniki zostały opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie Science Advances.
Uzyskane wyniki są niezwykle cenne dla całego środowiska naukowego zainteresowanego syntezą białek, ponieważ pozwalają na dokładniejsze zrozumienie jednego z kluczowych mechanizmów syntezy białek, w którym tRNA odgrywa centralną rolę jako cząsteczka adaptorowa. Wysoce konserwowany kompleks Elongator jest odpowiedzialny za wprowadzenie specyficznych i bardzo złożonych modyfikacji chemicznych w antykodonie cząsteczki tRNA. Wcześniej wykazano, że brak tych modyfikacji będących efektem dysfunkcji Elongatora prowadzi do nieprawidłowej dynamiki rybosomów, syntezy zdegenerowanych białek, ich nieprawidłowego fałdowania oraz powstawania agregatów wewnątrzkomórkowych. „Po 10 latach badań nad tą dużą maszyną komórkową, w końcu zaczynamy mieć bardziej klarowny obraz skomplikowanej interakcji pomiędzy różnymi podjednostkami Elongatora a związanym substratem tRNA, które umożliwiają zajście reakcji modyfikacji” – wyjaśniają Christoph W Müller i Jan Kosinski, naukowcy pochodzący odpowiednio z EMBL w Heidelbergu i EMBL w Hamburgu. Co uderzające, wystąpienie mutacji w którejkolwiek z sześciu podjednostek Elongatora powiązane jest u ludzi z poważnymi chorobami, w tym dysautonomii rodzinnej, otyłości, astmy oskrzelowej, niepełnosprawności intelektualnej, przerostu komór serca, padaczki Rolanda czy nowotworów. „Nasza praca mówi o tym w jaki sposób tRNA jest wiązane w miejscu aktywnym kompleksu, ale także pozwala w przyszłości na projektowanie w oparciu o strukturę leków przeciw chorobom związanym z Elongatorem” – mówi Sebastian Glatt, lider grupy badawczej Maxa Plancka w MCB i ostatni autor badania.
Naukowcy uzyskali struktury o wysokiej rozdzielczości metodą cryo-EM, która została wyróżniona Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2017 roku i wkrótce będzie dostępna również w Polsce. W Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS Uniwersytetu Jagiellońskiego zainstalowano już nowoczesny mikroskop wyposażony w najnowsze, bezpośrednie detektory elektronów. Mikroskop jest obecnie testowany a następnie zostanie oddany do użytku dla naukowców. Szczegóły dotyczące składania wniosków o czas pomiarowy na mikroskopie można znaleźć na stronie Solaris.
Badania w Krakowie finansowane były z programów HOMING oraz TEAM TECH Core Facility Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (FNP) przy wsparciu Structural Biology Core Facility w MCB oraz z grantu OPUS z Narodowego Centrum Nauki.
Przeczytaj także:
- publikacja w Science Advances
- o badaniach dra Sebastiana Glatta realizowanych w ramach grantu FIRST TEAM tutaj
Na zdjeciu: dr Sebastian-Glatt / fot.OneHD