Οι ερευνητές της UIC χρησιμοποιούν φυσική χημική απολίνωση για τη σύντηξη πεπτιδίων στο tRNA – ScienceDaily

Μέσα σε μικροσκοπικές κυτταρικές μηχανές που ονομάζονται ριβοσώματα, αλυσίδες γενετικού υλικού που ονομάζεται αγγελιοφόρο RNA (mRNA) αντιστοιχίζονται με τα αντίστοιχα RNA μεταφοράς (tRNAs) για να δημιουργηθούν αλληλουχίες αμινοξέων που εξέρχονται από το ριβόσωμα ως πρωτεΐνες. Οι ημιτελείς πρωτεΐνες ονομάζονται αναδυόμενες αλυσίδες και παραμένουν προσκολλημένες στο ριβόσωμα.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ορισμένες από αυτές τις εκκολαπτόμενες αλυσίδες μπορούν να ρυθμίσουν τη δραστηριότητα του ριβοσώματος και ότι αυτές 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 φανταστεί κανείς πώς μοιάζουν οι αλληλεπιδράσεις ριβοσώματος-πεπτιδίου-φαρμάκου ενώ οι ημιτελείς πρωτεΐνες είναι ακόμα συνδεδεμένες με το ριβόσωμα.

Τώρα, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις του Σικάγο είναι οι πρώτοι που ανέφεραν μια μέθοδο σταθερής σύνδεσης πεπτιδίων με tRNA, η οποία τους επέτρεψε να αποκτήσουν θεμελιώδεις νέες γνώσεις για τη λειτουργία του ριβοσώματος, προσδιορίζοντας τις δομές των ριβοσωμάτων σε ατομικό επίπεδο και τα σχήματα που αυτά τα πεπτίδια εισέρχονται στο ριβόσωμα.

Η μέθοδός τους αναφέρθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φυσική χημεία.

«Η πρόκληση ήταν να εξετάσουμε προσεκτικά τη δομή του ριβοσώματος και τη σήραγγα εξόδου παρουσία των εκκολαπτόμενων πεπτιδίων, επειδή στη φύση το ριβόσωμα είναι πολύ γρήγορο για να τραβήξουμε φωτογραφίες ή να κάνουμε πειράματα», είπε ο Yury Polikanov, συνεργάτης. καθηγητής στο Τμήμα Βιολογικών Επιστημών στο Κολλέγιο Ελευθέρων Τεχνών και Επιστημών. «Μέχρι τη χρήση αυτής της νέας μεθόδου, ήμασταν ουσιαστικά τυφλοί από το να δούμε τι συμβαίνει στην ενεργό θέση του ριβοσώματος αυτή την κρίσιμη στιγμή».

Ο Polikanov και ο συνάδελφός του Egor Syroegin, υποψήφιος διδάκτορας στις βιολογικές επιστήμες στο UIC, χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που ονομάζεται εγγενής χημική απολίνωση για να συγχωνεύσουν προσαρμοσμένα πεπτίδια με tRNA για να δώσουν αυτό που ονομάζεται πεπτιδυλικό tRNA.

«Η απόκτηση μορίων tRNA που συνδέονται με πεπτίδια, παρόμοια με εκείνα μέσα στο ριβόσωμα κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνοσύνθεσης, παρέμεινε όνειρο για πολλούς ερευνητές στο πεδίο για σχεδόν δύο δεκαετίες», είπε ο Polikanov. «Αυτό ήταν εξαιρετικά δύσκολο γιατί δεν υπάρχουν ένζυμα που να μπορούν να συνδέσουν απευθείας πεπτίδια σε ένα tRNA».

“Η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στη χημεία, αλλά δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ με αυτόν τον τρόπο. Μιμείται τη φύση, βασικά, και με την προηγμένη εμπειρία μας στην απεικόνιση, βλέπουμε τώρα πώς λειτουργεί η φύση σε υψηλή ανάλυση”, είπε ο Syroegin.

Χρησιμοποιώντας αυτή τη νέα προσέγγιση, οι Polikanov και Syroegin προσδιόρισαν ένα σύνολο δομών υψηλής ανάλυσης του ριβοσώματος που φέρει πεπτιδυλ tRNA διαφορετικών μηκών.

Η λεπτομερής ανάλυση αυτών των δομών παρέχει νέες και εκπληκτικές γνώσεις για τον μηχανισμό του καταλυτικού κέντρου του ριβοσώματος και απάντησε σε πολλά μακροχρόνια θεμελιώδη ερωτήματα στο πεδίο των ριβοσωμάτων, είπε ο Polikanov.

“Είδαμε ότι ανάλογα με την αλληλουχία, διαφορετικά πεπτίδια μπορούν να σχηματίσουν διαφορετικά σχήματα ή πτυχές στη ριβοσωματική σήραγγα και μπορούμε να συνθέσουμε διαφορετικά πεπτίδια διαφορετικών αλληλουχιών και στη συνέχεια να ακολουθήσουμε το σχήμα τους με μεγάλη ακρίβεια, λόγω της υψηλής ανάλυσης των δομών μας,” Syroegin Έτσι. “Έτσι τώρα μπορούμε με μεγάλη σιγουριά να πούμε ότι “αυτά τα πεπτίδια σε αυτήν την αλληλουχία έχουν αυτό το σχήμα” ή “ένα άλλο πεπτίδιο έχει διαφορετικό σχήμα.” Αυτό είναι σημαντικό επειδή η αρχική αναδίπλωση των πεπτιδίων καθορίζει εάν τα φάρμακα θα σταματήσουν το ριβόσωμα ή όχι.”

«Αυτή η μέθοδος ανοίγει αμέτρητους δρόμους για δομικές και λειτουργικές μελέτες που στοχεύουν στην κατανόηση των μηχανισμών της λειτουργίας του ριβοσώματος, καθώς και στη διακοπή ριβοσωμάτων της συγκεκριμένης αλληλουχίας που προκαλείται από ορισμένα αντιβιοτικά», είπε ο Polikanov.

Ο Polikanov και ο Syroegin έγραψαν από κοινού την εργασία, “Insights on ribosome function from the structures of unarrested ribosome recent chain complexes”, μαζί με την Elena Aleksandrova, ειδικό στην έρευνα στο Τμήμα Βιολογικών Επιστημών στο UIC.

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

Leave a Comment