Artykuł dotyczący pionierskich badań prowadzonych przez naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (MCB UJ), Uniwersytetu Marcina Lutra Halle-Wittenberga oraz Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (ELBM) ukazał się w międzynarodowym czasopiśmie "Science Advances". Opisane wyniki są niezwykle cenne dla całego środowiska naukowego zainteresowanego syntezą białek.
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 MCB UJ, Uniwersytetu Marcina Lutra Halle-Wittenberga oraz Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej 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 Müller i Jan Kosiński, 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 UJ 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 zainstalowano już nowoczesny mikroskop wyposażony w najnowsze, bezpośrednie detektory elektronów. Mikroskop jest obecnie testowany, a następnie zostanie oddany do użytku dla naukowców.
Badania w Krakowie finansowane były z grantu Opus z Narodowego Centrum Nauki oraz z programów Homing and Team Tech Core Facility z Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, przy wsparciu Structural Biology Core Facility w MCB.
