Międzynarodowy zespół naukowców z grupy badawczej Maxa Plancka w Małopolskim Centrum Biotechnologii UJ (MCB) pod kierunkiem laureata programów FNP Sebastiana Glatta rozszyfrował molekularny mechanizm działania systemu transportu siarki, z którego wyewoluowały eukariotyczne systemy ubikwitynacji. Podczas realizacji projektu zespół z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie współpracował z grupą badawczą Sebastiana Leidela z Uniwersytetu Berneńskiego w Szwajcarii. Wyniki badań obu grup zostały niedawno opublikowane w ?The EMBO Journal?.
Opublikowane wyniki po raz pierwszy ujawniają strukturalne i mechanistyczne szczegóły eukariotycznego systemu Uba4-Urm1, który odgrywa kluczową rolę w transporcie siarki oraz w jej przyłączaniu do cząsteczek transferowego RNA (tRNA). Wszelkie zaburzenia modyfikacji tRNA prowadzą do rozchwiania równowagi procesu syntezy białek i są powiązane z zaburzeniami neurologicznymi oraz chorobami nowotworowymi.
Autorzy publikacji prezentują pierwszy trójwymiarowy model struktury molekularnej białka Uba4 (transferaza siarki należąca do enzymów podobnych do E1) wraz ze związanym substratem, białkiem ubikwityno-podobnym, Urm1. Struktura krystaliczna kompleksu Uba4-Urm1 dostarcza nowych informacji dotyczących mechanizmu rozpoznawania substratu oraz sekwencji reakcji enzymatycznych. Ponadto, autorzy odkryli, iż cysteina w miejscu aktywnym enzymu Uba4 odgrywa kluczową rolę w ochronie Uba4 przed niepożądanym przyłączeniem się produktu swojej własnej reakcji enzymatycznej. Jako że ta cecha wydaje się zachowana we wszystkich domenach aktywujących białek E1 oraz E1-podobnych, obserwowana reakcja kowalencyjnego połączenia Uba4-Urm1 może reprezentować ewolucyjne źródło większości systemów ubikwitynacji. Odkrycie szlaku proteolitycznej degradacji białek zależnej od ubikwityny zostało wyróżnione Nagrodą Nobla, a różnorodne ścieżki ubikwitynacji obejmują tysiące białek komórkowych. Systemy degradacji białek zależne od ubikwityny i podobnych jej białek są obiektem licznych projektów akademickich i przemysłowych, mających na celu wykorzystanie tych białek do poszukiwania nowych markerów diagnostycznych oraz leków.
Główny autor, Marta Pabiś, wyjaśnia: ?Eukariotyczne systemy znakowania białek ubikwityną mogą wywodzić się od prokariotycznych systemów transferu siarki ? wyniki naszych badań jako pierwsze dowodzą, że układ Uba4-Urm1 reprezentuje brakującą ?skamielinę molekularną? łączącą obydwa systemy.? Drugi główny autor, Keerthiraju E. Ravichandran, dodaje: ?Wraz z wielką mocą łączy się wielka odpowiedzialność ? system Uba4-Urm1 bierze na siebie tę odpowiedzialność i chroni się przed niepożądanym kowalencyjnym połączeniem z własnym produktem. W ten sposób system umożliwił ewolucję całego spektrum ścieżek sygnalizacji wewnątrzkomórkowej.? Sebastian Glatt podsumowuje: ?nasze badania stanowią kamień milowy w zrozumieniu podwójnego charakteru tego systemu i ukazują molekularne szczegóły mechanizmów leżących u jego podstawy.?
Badanie zostało sfinansowane z grantu FIRST TEAM (FIRST TEAM/2016-1/2) przyznanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Ponadto, kluczowe wsparcie i niezbędny sprzęt laboratoryjny zostały zapewnione przez Structural Biology Core Facility (finansowaną z grantu TEAM-TECH Core Facility 2017-4/6 przyznanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej) zlokalizowaną w Małopolskim Centrum Biotechnologii.
Źródło: Małopolskie Centrum Biotechnologii (mcb.uj.edu.pl)
Więcej informacji:
- Publikacja w The EMBO Journal
- Strona zespołu Sebastiana Glatta
- Opis badań realizowanych w ramach grantu FIRST TEAM
- Opis badań realizowanych w ramach grantu TEAM-TECH Core Facility
- Film o badaniach dra Sebastiana Glatta
Na zdjeciu: dr Sebastian-Glatt / fot.OneHD