Zespół badawczy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego (MCB UJ) kierowany przez dr. Przemysława Grudnika dokonał przełomowego odkrycia wypełniającego dotychczasową lukę w zrozumieniu mechanizmu unikalnej modyfikacji potranslacyjnej - hypuzynacji. Praca opisująca uzyskane wyniki została właśnie opublikowana w prestiżowym czasopiśmie naukowym "Nature Communications".
Naukowcy opisując strukturę atomową kompleksu białek eIF5A i DHS, odpowiedzieli na pytanie, w jaki sposób tylko jeden konkretny aminokwas lizyna w białku eIF5A jest modyfikowany do hypuzyny. Hypuzynacja jest najbardziej unikalną modyfikacją potranslacyjną i została opisana tylko dla jednego białka. Proces hypuzynacji jest katalizowany przez dwa enzymy: syntazę deoksyhypuzyny (DHS) oraz hydroksylazę deoksyhypuzyny (DOHH). Zmodyfikowane białko eIF5A jest niezbędne dla prawidłowego przebiegu wielu istotnych procesów komórkowych, takich jak wzrost komórki i jej podział.
Hypuzynacja po raz pierwszy została opisana w latach 80. ubiegłego wieku i od tego czasu budzi duże zainteresowanie naukowców. Pomimo faktu, że coraz więcej badań naukowych łączy zmiany w poziomie hypuzynacji z różnymi stanami chorobowymi, takimi jak neurodegeneracja, nowotworzenie czy cukrzyca, do tej pory molekularny mechanizm tej modyfikacji pozostawał niewyjaśniony.
- Hypuzynacja to mało znany, ale bardzo ważny proces dla każdej żywej komórki. Podczas studiów nigdy o niej nie słyszałam i dopiero mój promotor dr Przemysław Grudnik wprowadził ten termin do mojego słownika. Bardzo się cieszę, że nasze badania umożliwiły zaproponowanie molekularnego mechanizmu hypuzynacji. Rozwiązanie struktury kompleksu eIF5A-DHS w wysokiej rozdzielczości, umożliwiło nam zrozumienie, jak DHS rozpoznaje i modyfikuje eIF5A - mówi Elżbieta Wątor, doktorantka w Małopolskim Centrum Biotechnologii UJ i główna autorka artykułu "Cryo-EM structure of human eIF5A-DHS complex reveals the molecular basis of hypusination-associated neurodegenerative disorders", który ukazał w się w "Nature Communications".
Aby osiągnąć swój cel i uzyskać dokładny i szczegółowy model reakcji, naukowcy z MCB UJ musieli zastosować kombinację wielu technik biologii strukturalnej, takich jak bio-krystalografia rentgenowska, kriomikroskopia elektronowa (cryo-EM) oraz spektrometria mas sprzężona z wymianą wodorowo-deuterową. Dodatkowo przeprowadzone analizy biochemiczne i biofizyczne uzupełniły oraz zweryfikowały obserwacje uzyskane na podstawie badań strukturalnych i pozwoliły na zaproponowanie mechanizmów powodujących utratę aktywności białka DHS związaną z tzw. syndromem niedoboru DHS - rzadką chorobą o podłożu genetycznym.
- Zastosowanie krystalografii rentgenowskiej pozwoliło nam na wizualizację i analizę drobnych rearanżacji strukturalnych zachodzących podczas reakcji katalizowanej przez DHS. Jednak wykorzystując tę technikę, nie byliśmy w stanie uchwycić interakcji pomiędzy eIF5A a DHS. Na szczęście uzupełnienie pełnego obrazu reakcji było możliwe z wykorzystaniem innej techniki - kriomikroskopii elektronowej. Przy pomocy cryo-EM rozwiązaliśmy wysokorozdzielczą strukturę białka DHS ze związanym substratem - białkiem eIF5A. Nasz projekt jest doskonałym przykładem potencjału biologii strukturalnej w wyjaśnianiu istotnych pytań biologicznych - mówi dr Piotr Wilk, drugi autor artykułu.
Próbki do badań strukturalnych zostały przygotowane w Structural Biology Core Facility w MCB UJ. Dane cryo-EM zarejestrowano przy użyciu wysokiej klasy kriomikroskopu elektronowego Titan Krios G3i w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Dane dyfrakcyjne natomiast zebrano na synchrotronie BESSY II w Berlinie.
- Zrozumienie interakcji eIF5A-DHS może mieć istotny wpływ na rozwój nowych metod leczenia chorób związanych z nieprawidłową translacją białek, takich jak nowotwory i zaburzenia neurodegeneracyjne. Teraz naszym celem jest wykorzystanie zdobytej wiedzy o mechanizmie reakcji do opracowania nowych związków chemicznych - zapowiada dr Przemysław Grudnik, autor korespondencyjny.
Badania nad hypuzynacją w MCB UJ są finansowane w ramach projektów NCN OPUS 17 oraz NCN PRELUDIUM 18.
Główni autorzy opisywanego artykułu. Od lewej: dr Przemysław Grudnik, Elżbieta Wątor i dr Piotr Wilk.
