Cryo-EM ساختار آنزیم کلیدی درگیر در تولید پروتئین را نشان می دهد

RNA های انتقالی (tRNA) از رایج ترین انواع RNA در یک سلول هستند و برای تولید پروتئین در همه موجودات شناخته شده ضروری هستند. آنها یک عملکرد مهم “ترجمه” دارند: آنها تعیین می کنند که چگونه توالی اسیدهای نوکلئیک، که در آن اطلاعات ژنتیکی رمزگذاری شده است، به دنباله ای از اسیدهای آمینه که پروتئین ها از آنها ساخته می شوند، رونویسی می شود.

RNA های انتقالی از tRNA های پیش ساز (pre-tRNA) تولید می شوند که در چند مرحله به tRNA بالغ با ساختار سه بعدی پیچیده تبدیل می شوند. در برخی از tRNA ها، این شامل مرحله ای است که در آن بخش خاصی که به عنوان اینترون شناخته می شود، بریده می شود. در انسان، اندونوکلئاز پیوندی tRNA (TSEN) این وظیفه را انجام می دهد.

آنزیم RNA کیناز CLP1 که مستقیماً به TSEN متصل می شود نیز در تضمین تبدیل صحیح tRNA ها نقش دارد. اگر TSEN و CLP1 به دلیل یک جهش ژنتیکی قادر به تعامل با یکدیگر نباشند، به نظر می رسد که tRNA ها نیز دیگر نمی توانند به درستی تشکیل شوند. عواقب این امر اغلب در ایجاد اختلالات نورودژنراتیو دیده می شود. یکی از این موارد، هیپوپلازی پونتوسربلار است که منجر به ناتوانی های شدید و مرگ زودرس در اولین دوران کودکی می شود. این اختلال پیشرونده بسیار نادر خود را در رشد غیر طبیعی مخچه و پونز، بخشی از ساقه مغز نشان می دهد.

اگرچه فعالیت TSEN برای زندگی ضروری است، اما تا به امروز مشخص نبود که این آنزیم چگونه به پیش tRNA ها متصل می شود و چگونه اینترون ها جدا می شوند. فقدان ساختار سه بعدی آنزیم همچنین ارزیابی تغییرات ایجاد شده توسط جهش های بیماریزای خاص را دشوار می کند. محققان به سرپرستی دکتر سیمون ترویچ از مؤسسه بیوشیمی در دانشگاه گوته با استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی (cryo-EM) که در تأسیسات دانشگاه جولیوس-ماکسیمیلیانس وورتسبورگ و مؤسسه بیوشیمی در دانشگاه گوته فرانکفورت انجام شده است. اکنون موفق به روشن کردن ساختار سه بعدی یک مجتمع TSEN/pre-tRNA شده است.

با کمک بازسازی‌های cryo-EM خود، تیم تحقیقاتی توانستند برای اولین بار نشان دهند که چگونه TSEN با pre-tRNA L شکل تعامل می‌کند. سپس TSEN اینترون را از بازوی بلند L جدا می کند.

ابتدا، TSEN در گوشه L قرار می گیرد. سپس می تواند بازوی کوتاه و بلند و همچنین زاویه بین آنها را تشخیص دهد.

دکتر سیمون ترویتزش، موسسه بیوشیمی، دانشگاه گوته

زیرواحد TSEN 54 (TSEN54) نقش کلیدی در شناسایی قبل از tRNA ایفا می کند، همانطور که محققان اکنون توانسته اند تایید کنند. این زیرواحد به عنوان یک “خط کش مولکولی” عمل می کند و فاصله بین بازوی بلند و کوتاه L را اندازه گیری می کند. به این ترتیب، TSEN تشخیص می دهد که در چه نقطه ای pre-tRNA باید شکافته شود تا اینترون حذف شود.

یافته‌های جدید در مورد تعامل RNA کیناز CLP1 و زیرواحد TSEN TSEN54 شگفت‌انگیز بود: CLP1 آشکارا به یک منطقه بدون ساختار و بنابراین بسیار انعطاف‌پذیر از TSEN54 متصل می‌شود. دقیقاً این منطقه است که حاوی اسید آمینه ای است که اغلب در بیماران مبتلا به هیپوپلازی پانتوسربلار جهش یافته است. سامویل سکولوسکی، نویسنده اول این مطالعه، متقاعد شده است: “برای ما، این نشانه مهمی است که توسعه دارو در آینده باید بر حفظ تعامل TSEN و CLP1 متمرکز شود.”

اکنون دانشمندان امیدوارند که داده‌های ساختاری شبیه‌سازی مدل‌هایی را که می‌توانند برای جستجوی مواد فعال بالقوه مورد استفاده قرار گیرند، ممکن کند. Trowitzsch خلاصه می کند: “اگرچه یک درمان امیدوارکننده هنوز راه درازی در پیش روی ما است، ساختار ما در واقع پایه محکمی را برای درک بهتر نحوه عملکرد TSEN و الگوهای بیماری جهش یافته های آن تشکیل می دهد.”