Naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego odkryli molekularny mechanizm hypuzynacji – najbardziej unikalnej modyfikacji potranslacyjnej w ludzkim proteomie. Wyniki ich badań opublikowało „Nature Communications”.
Hypuzynacja po raz pierwszy została opisana w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku i od tego czasu budzi duże zainteresowanie naukowców. Pomimo faktu, że coraz więcej badań 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 – mówi Elżbieta Wątor, doktorantka w Małopolskim Centrum Biotechnologii UJ i główna autorka artykułu, który ukazał się w Nature Communications.
Hypuzynacja to najbardziej unikalna modyfikacja potranslacyjna. Opisana została tylko dla jednego białka. Proces hypuzynacji jest katalizowany przez dwa enzymy: syntazę deoksyhypuzyny (DHS) oraz hydroksylazę deoksyhypuzyny (DOHH). Badacze, 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. Zmodyfikowane białko eIF5A jest niezbędne dla prawidłowego przebiegu wielu istotnych procesów komórkowych, takich jak wzrost komórki i jej podział.
Aby osiągnąć swój cel i uzyskać dokładny i szczegółowy model reakcji, naukowcy 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. Rozwiązanie struktury kompleksu eIF5A-DHS w wysokiej rozdzielczości, pozwoliło zrozumieć, jak DHS rozpoznaje i modyfikuje eIF5A
Zastosowanie krystalografii rentgenowskiej umożliwiło 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 – przekonuje dr Piotr Wilk, drugi autor artykułu.
Próbki do badań strukturalnych zostały przygotowane w Structural Core Facility MCB UJ. Dane cryo-EM zarejestrowano przy użyciu wysokiej klasy kriomikroskopu elektronowego Titan Krios G3i w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Dane dyfrakcyjne zebrano z kolei 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, lider zespołu badawczego.
Łukasz Wspaniały, źródło: UJ