Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego jako pierwsi na świecie przedstawili opis molekularny syntazy pseudourydyny 3. Pokazali tym samym, w jaki sposób ten ludzki enzym rozpoznaje, wiąże i modyfikuje określone miejsca w transportujących RNA. Wyniki badań ukazały się w „Molekular Cell”.
Pseudourydylacja jest kluczową modyfikacją kwasów nukleinowych, która wpływa na strukturę i funkcję prawie wszystkich komórkowych cząsteczek RNA. Pseudourydyny przyciągnęły ostatnio szczególną uwagę ze względu na ich zastosowanie w szczepionkach mRNA przeciwko SARS-CoV-2. Chociaż zmodyfikowana wersja urydyny została odkryta ponad 60 lat temu, czyli mniej więcej w tym samym czasie co struktura DNA, to wciąż niewiele wiemy o enzymach, które mogą wprowadzać tę modyfikację do naszych RNA.
Naukowcy z Grupy Badawczej Maxa Plancka w Małopolskim Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, przy użyciu wysokiej klasy kriomikroskopu elektronowego (cryo-EM), rozwiązali jako pierwsi struktury syntazy pseudourydyny 3. Zespół kierowany przez dr. hab. Sebastiana Glatta niedawno powiązał mutacje PUS3 pochodzące z danych klinicznych pacjentów z chorobami rzadkimi. Obecne wyniki torują również drogę do mechanistycznego
zrozumienia niefortunnego związku między mutacjami a wystąpieniem tych poważnych zaburzeń.
Najnowsza publikacja pokazuje strukturę ludzkiego enzymu PUS3 w stanie spoczynku, oczekującego na swoją kolej, by móc wykonać reakcję, jak również w kompleksie z różnymi rodzajami cząsteczek tRNA. Uzyskane spektrum struktur potwierdza, że dwie identyczne cząstki PUS3 tworzą tzw. homodimer, który jest kluczowy zarówno dla integralności strukturalnej białka, jak też jego zdolności do wiązania z tRNA. Tylko w konfiguracji homodimeru prawidłowa urydyna jest umieszczona w pobliżu miejsca aktywnego pierwszego z monomerów PUS3, podczas gdy inny region tRNA styka się z drugim monomerem. Struktury cryo-EM ilustrują zatem, w jaki sposób PUS3 umieszcza docelową urydynę w miejscu katalitycznym odpowiedzialnym za reakcję, wyjaśniając jej specyficzność i mechanizm na poziomie atomowym.
Aby lepiej zrozumieć występowanie miejsc pseudourydylacji w komórce, współpracujący z polskimi naukowcy z Uniwersytetu w Bernie, z którymi współpracują polscy badacze, wykorzystali zmodyfikowane ludzkie linie komórkowe i potwierdzili, że PUS1 i PUS3 celują w różne zestawy komórkowych RNA. Podczas gdy PUS1 jest odpowiedzialny za szeroki zakres RNA, w tym tRNA i informacyjne RNA (mRNA), PUS3 modyfikuje jedynie tRNA. Autorzy pracy stworzyli również komórkowy system raportowania, umożliwiający im monitorowanie i potwierdzanie wpływu różnych mutacji klinicznych na aktywność enzymu.
Syntazy pseudourydyny zostały odkryte dziesiątki lat temu i jesteśmy podekscytowani, że pojawienie się
nowych technik pomaga nam poszerzyć naszą wiedzę na temat kompleksu homodimeru PUS3 i jego
aktywności enzymatycznej, a także sposobu, w jaki osiąga on selekcję substratów – komentuje dr Ting-Yu Lin z Grupy Badawczej Maxa Plancka.
Jak dodaje lider zespołu, spojrzenie na PUS3 z kilku perspektyw pozwoliło nakreślić ogólny obraz tego klinicznie bardzo istotnego, lecz przez długi czas pomijanego ludzkiego enzymu. Wyniki badań polsko-szwajcarskiego zespołu ukazały się na łamach Molecular Cell.
MK, źródło: MCB UJ