Jedna z molekularnych zagadek rozwiązana przez polskich badaczy
Zespół naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, we współpracy z niemieckimi badaczami dokonał odkrycia, które zmienia nasze rozumienie podstawowych procesów zachodzących w komórkach.
Okazało się, że rzadka modyfikacja chemiczna, czyli kweozyna, pojawia się w cząsteczce tRNA jeszcze zanim zostanie ona w pełni dojrzała. Jest to przełomowe odkrycie dla nauki, gdyż wcześniej zakładano, że najpierw tRNA musi przejść proces splicingu, czyli usunięcia fragmentu zwanego intronem, a dopiero później podlega modyfikacjom chemicznym.
Aby komórki mogły produkować białka, potrzebują tRNA, czyli cząsteczek transportujących aminokwasy. Świeżo powstałe tRNA nie są jednak od razu gotowe do działania – muszą uzyskać odpowiednią strukturę oraz zostać „usprawnione” poprzez modyfikacje chemiczne. Jedną z nich jest kweozyna, która występuje bardzo rzadko, ale pełni kluczową rolę. W przypadku tRNA przenoszącego tyrozynę sytuacja jest jeszcze bardziej złożona, ponieważ w jego strukturze znajduje się intron, który musi zostać usunięty przed rozpoczęciem pracy cząsteczki.
Przez lata nie było wiadomo, co dzieje się najpierw: modyfikacja czy splicing. Polscy badacze jako pierwsi wykazali, że kweozyna dołączana jest do tRNA-Tyr przed usunięciem intronu. Odkrycie to zostało opisane w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature Communications”, a jak wyjaśnia jeden z autorów, Igor Kaczmarczyk, wyniki badań potwierdzono zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w żywych komórkach. Co więcej, ta sama kolejność zdarzeń została zaobserwowana u wielu gatunków, od nicieni i muszki owocowej po myszy i ludzi, co oznacza, że mamy do czynienia z fundamentalnym i ewolucyjnie zachowanym mechanizmem biologicznym.
Naukowcy wykorzystali zaawansowaną technikę krio-mikroskopii elektronowej (cryo-EM), która pozwoliła „zobaczyć” strukturę tRNA i enzymów na poziomie atomowym. Dzięki temu zespół pod kierunkiem dr. hab. Sebastiana Glatta udowodnił, że kompleks enzymatyczny QTRT1/2 potrafi rozpoznać i zmodyfikować tRNA-Tyr jeszcze przed splicingiem. Tak szczegółowe badania były możliwe dzięki infrastrukturze krio-mikroskopii elektronowej pojedynczych cząstek dostępnej w NCPS SOLARIS oraz wsparciu specjalistycznego zaplecza strukturalnego krakowskiej uczelni.
To odkrycie ma ogromne znaczenie dla nauki, ponieważ zmienia nasz sposób postrzegania działania najmniejszych „pracowników” komórki. Ujawnia, że proces dojrzewania tRNA jest bardziej złożony, niż dotąd sądzono, a kolejność zdarzeń odgrywa kluczową rolę w prawidłowej produkcji białek. Ma to również duże znaczenie praktyczne, ponieważ nieprawidłowe modyfikacje tRNA powiązane są z wieloma chorobami, takimi jak nowotwory czy zaburzenia neurologiczne. Zrozumienie tych mechanizmów może w przyszłości przyczynić się do opracowania nowych metod diagnostyki i terapii.
Należy dodać, że szczególnie ważny jest fakt, że odkrycie o tak fundamentalnym znaczeniu dla biologii molekularnej zostało dokonane w Polsce. Projekt był finansowany przez European Research Council w ramach programu Horyzont 2020 oraz polską infrastrukturę obliczeń wysokiej wydajności PLGrid. Publikacja w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie potwierdza, że polscy naukowcy odgrywają ważną rolę w badaniach o globalnym znaczeniu i potrafią rozwiązywać zagadnienia kluczowe dla zrozumienia procesów życia.
Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Czytaj też: Sukces polskich naukowców. Innowacja w produkcji stali niskowęglowych
Grafika tytułowa: ThisIsEngineering / Pexels
