Mechanizm działania oraz pierwsze wysokorozdzielcze struktury dużego kompleksu białkowego o nazwie Elongator, uzyskane z zastosowaniem kriomikroskopii elektronowej, opisali naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wyniki opublikowało czasopismo „Nature Communications”. Badania były współfinansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM-TECH Core Facility ze środków pochodzących z funduszy europejskich z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (POIR).
Obecność różnych modyfikacji w tRNA ma duży wpływ na biosyntezę białek. Tzw. chwiejna urydyna (ang. wobble uridine) antykodonu jest modyfikowana przez duży kompleks białkowy o nazwie Elongator. Mutacje genomowe w którejkolwiek z podjednostek kompleksu są związane z występowaniem wielu ludzkich chorób o podłożu neurologicznym.
Naukowcy z Grupy Badawczej Maxa Plancka z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, pracujący pod kierunkiem dr. hab. Sebastiana Glatta, laureata programu TEAM-TECH Core Facility, zrealizowali swój wieloletni cel, jakim było zrozumienie mechanizmu działania ludzkiego Elongatora. Badania zostały przeprowadzone we współpracy z uczonymi z Uniwersytetu w Kassel i Uniwersytetu Technicznego w Berlinie.
Elongator jest kompleksem białkowym składającym się z dwóch odrębnych podkompleksów: Elp123 i Elp456. Grupa karboksymetylowa (cm5) wprowadzona przez Elongator służy jako podstawa do syntezy kolejnych powiązanych modyfikacji. Cząsteczki tRNA ze zmodyfikowaną chwiejną urydyną wiążą się optymalnie z rybosomami, zapewniając poprawne fałdowanie nowo powstających białek.
Naukowcom z UJ udało się określić strukturę ludzkiego Elongatora o najwyższej dotąd opublikowanej rozdzielczości (2,9 Å). Struktura przedstawia ludzki ELP123 w kompleksie z tRNA i cząsteczką acetylo-CoA oraz organizację miejsca aktywnego wraz z pętlą antykodonu tRNA, która zawiera cel modyfikacji – chwiejną urydynę. Struktura ta pozwoliła zidentyfikować nieprzewidzianą rolę innej powszechnie zachowanej dla aktywności ELP123 urydyny, która znajduje się obok chwiejnej urydyny. Praca przedstawia także dodatkowe struktury obrazujące kompleks podczas różnych pośrednich etapów reakcji modyfikacji.
Autorzy zidentyfikowali również szereg zachowanych reszt aminokwasowych zlokalizowanych w miejscu aktywnym podjednostki katalitycznej, które są niezbędne do przeprowadzenia reakcji chemicznej. Wszystkie odkrycia zostały zweryfikowane i poparte eksperymentami in vivo i in vitro.
„To ekscytujące, że pomimo wcześniejszych intensywnych badaniach Elongatora, pojawienie się nowych technik pomaga nam rzucić wyzwanie naszej wiedzy na temat kompleksu i jego aktywności enzymatycznej” – mówią dr Nour-el-hana Abbassi i dr Marcin Jaciuk, współautorzy badania.
Dr hab. Sebastian Glatt dodaje, że celem jego zespołu zawsze było zrozumienie, jak ten klinicznie ważny kompleks białkowy działa u ludzi.
„Nasza wysokorozdzielcza struktura ludzkiego Elp123 pozwala precyzyjnie i bezpośrednio wskazać położenie mutacji, które prowadzą do zaburzeń zdrowotnych związanych z Elongatorem i spróbować zrozumieć ich wpływ na aktywność kompleksu”– wyjaśnia lider grupy w MCB UJ.
Eksperymenty z zakresu biologii strukturalnej i in vitro przeprowadzono w MCB UJ przy wsparciu ośrodków biologii strukturalnej oraz proteomiki i spektrometrii mas. Dane krio-EM zostały zebrane na wysokiej klasy kriomikroskopie elektronowym Titan Krios G3i, znajdującym się w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Zespół z Kassel przeprowadził analizy in vivo, natomiast grupa z Berlina przeprowadziła eksperymenty spektrometrii masowej z sieciowaniem.
Badania zrealizowano z funduszy European Research Council i grantu TEAM-TECH Core Facility Fundacji na rzecz Nauki Polskiej ze środków Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój. Wyniki opublikowało czasopismo Nature Communications.
Źródło: Forum Akademickie, MK
Ilustracja: Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ_aut. N.Abbassi_M.Jaciuk
Program TEAM-TECH Core Facility był realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R. Nabory wniosków w programie TEAM-TECH Core Facility w latach 2016-2018.
To również może Cię zainteresować: