Μια νέα προσέγγιση για τη μελέτη της λειτουργίας των ριβοσωμάτων

Μέσα σε μικροσκοπικές κυτταρικές μηχανές που ονομάζονται ριβοσώματα, αλυσίδες γενετικού υλικού που ονομάζονται αγγελιαφόρα RNA (mRNAs) αντιστοιχίζονται με αντίστοιχα RNA μεταφοράς (tRNAs) για να δημιουργηθούν αλληλουχίες αμινοξέων που εξέρχονται από το ριβόσωμα ως πρωτεΐνες. Οι ημιτελείς πρωτεΐνες ονομάζονται εκκολαπτόμενες αλυσίδες και συνδέονται με το ριβόσωμα.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ορισμένες από αυτές τις εκκολαπτόμενες αλυσίδες μπορούν να ρυθμίσουν τη δραστηριότητα του ριβοσώματος και ότι οι εκκολαπτόμενες αλυσίδες μπορεί μερικές φορές να παρεμβαίνουν στα αντιβιοτικά – πολλά από τα οποία λειτουργούν στοχεύοντας τη βακτηριακή δραστηριότητα ριβοσώματος. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν γιατί συμβαίνει αυτό, κυρίως επειδή είναι δύσκολο να οπτικοποιηθούν οι αλληλεπιδράσεις ριβοσώματος-πεπτιδίου-φαρμάκου ενώ οι ατελείς πρωτεΐνες είναι ακόμα συνδεδεμένες με το ριβόσωμα.

Τώρα, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Σικάγο είναι οι πρώτοι που ανέφεραν μια μέθοδο σταθερής σύνδεσης πεπτιδίων με tRNA, επιτρέποντάς τους να αποκτήσουν θεμελιώδεις νέες γνώσεις για τη λειτουργία του ριβοσώματος, προσδιορίζοντας τις δομές ατομικού επιπέδου των ριβοσωμάτων και τα σχήματα που παίρνουν. Τα πεπτίδια εισέρχονται στο ριβόσωμα.

Η μέθοδός τους αναφέρθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Chemistry.

«Η πρόκληση ήταν να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη δομή του ριβοσώματος και της σήραγγας εξόδου παρουσία πεπτιδίων που γεννήθηκαν, επειδή στη φύση το ριβόσωμα είναι πολύ γρήγορο για να τραβήξει φωτογραφίες ή να εκτελέσει πειράματα», λέει ο συν-συγγραφέας Yuri Polikanov. Καθηγητής του Τμήματος Βιολογικών Επιστημών, Σχολή Ελεύθερων Τεχνών και Επιστημών. «Μέχρι την εμφάνιση αυτής της νέας μεθόδου, ήμασταν ουσιαστικά τυφλοί για το τι συνέβαινε στην ενεργή θέση του ριβοσώματος σε αυτήν την κρίσιμη χρονική στιγμή».

Ο Polikanov και ο συνάδελφός του Egor Syroegin, υποψήφιος διδάκτορας βιολογικών επιστημών στο UIC, χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που ονομάζεται φυσική χημική απολίνωση για να συνδυάσουν προσαρμοσμένα πεπτίδια με tRNA για να παράγουν κάτι που ονομάζεται πεπτιδυλ-tRNA.

«Η επίτευξη μορίων tRNA που σχετίζονται με πεπτίδια, παρόμοια με μόρια μέσα στο ριβόσωμα κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης, ήταν όνειρο πολλών ερευνητών σε αυτόν τον τομέα για σχεδόν δύο δεκαετίες», είπε ο Polikanov. Αυτό ήταν πολύ προκλητικό επειδή δεν υπάρχουν ένζυμα που να μπορούν να συνδέσουν απευθείας πεπτίδια στο tRNA.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται στη χημεία εδώ και πολύ καιρό, αλλά ποτέ με αυτόν τον τρόπο. Βασικά μιμείται τη φύση και με την προηγμένη εμπειρία απεικόνισης, μπορούμε τώρα να δούμε πώς λειτουργεί η φύση σε υψηλή ευκρίνεια.

Με αυτή τη νέα προσέγγιση, οι Polikanov και Syroegin προσδιόρισαν μια σειρά από δομές υψηλής ανάλυσης ριβοσωμάτων που φέρουν πεπτιδυλ-tRNA διαφορετικού μήκους.

Η λεπτομερής ανάλυση αυτών των δομών θα προσφέρει εκπληκτικές νέες γνώσεις για τον μηχανισμό του καταλυτικού κέντρου του ριβοσώματος και θα απαντήσει σε πολλά μακροχρόνια θεμελιώδη ερωτήματα στον τομέα του ριβοσώματος, είπε ο Polikanov.

«Είδαμε ότι ανάλογα με την αλληλουχία, διαφορετικά πεπτίδια μπορούν να σχηματίσουν διαφορετικά σχήματα ή πτυχές μέσα στη ριβοσωματική σήραγγα και μπορούμε να συνθέσουμε διαφορετικά πεπτίδια διαφορετικών αλληλουχιών και μετά να ακολουθήσουμε το σχήμα τους ακριβώς λόγω της υψηλής ανάλυσης των δομών μας», λέει ο Syroegin. » είπε. Τώρα λοιπόν, μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι “αυτά τα πεπτίδια, αυτής της αλληλουχίας, έχουν αυτό το σχήμα” ή “ένα άλλο πεπτίδιο έχει διαφορετικό σχήμα”. Αυτό είναι σημαντικό γιατί η αναδίπλωση των πεπτιδίων που γεννήθηκαν καθορίζει εάν τα φάρμακα σταματούν το ριβόσωμα.

«Αυτή η μέθοδος ανοίγει αμέτρητους δρόμους για δομικές και λειτουργικές μελέτες που στοχεύουν στην κατανόηση των μηχανισμών της λειτουργίας των ριβοσωμάτων, καθώς και στη διαταραχή συγκεκριμένων αλληλουχιών ριβοσωμάτων που προκαλούνται από ορισμένα αντιβιοτικά», είπε ο Polikanov.

Ο Polikanov και ο Syroegin είναι συν-συγγραφείς της εργασίας, “Insights on ribosome function from the structures of incentent chains of non-arrested ribosomes,” μαζί με την Elena Alexandrova, μια ερευνήτρια ειδικό στο Τμήμα Επιστημών της Ζωής στο UIC.

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (R01-GM132302, R21-AI163466), το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (MCB-1907273) και τα Ταμεία Εκκίνησης της Πολιτείας του Ιλινόις. Αυτή η εργασία βασίζεται σε έρευνα που διεξήχθη στις γραμμές δέσμης της ομάδας Βορειοανατολικής Συνεργατικής Πρόσβασης στο Advanced Photon Source στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne (DE-AC02-06CH11357).

/ Δημόσια έκδοση. Αυτό το υλικό από τον αρχικό οργανισμό/συγγραφέα μπορεί να είναι ad hoc χαρακτήρα, επεξεργασμένο για λόγους σαφήνειας, στυλ και έκτασης. Οι απόψεις και οι απόψεις που εκφράζονται είναι αυτές των συγγραφέων. Δείτε αναλυτικά εδώ.

Leave a Comment