Un equipo de científicos de Scripps Research y la Universidad de Stanford ha registrado en tiempo real un paso clave en el ensamblaje de los ribosomas: las "máquinas moleculares" complejas y evolutivamente antiguas que producen proteínas en las células y son esenciales para todas las formas de vida.
El logro, reportado en Celda , revela con detalle sin precedentes cómo las cadenas de ácido ribonucleico ARN, moléculas celulares que son inherentemente pegajosas y propensas a plegarse mal, son "acompañadas" por proteínas ribosómicas para que se plieguen adecuadamente y formen uno de los componentes principales de los ribosomas.
Los hallazgos anulan la antigua creencia de que los ribosomas se ensamblan en un proceso estrictamente controlado y escalonado.
"En contraste con lo que había sido la teoría dominante en el campo, revelamos un proceso mucho más caótico", dice James R. Williamson, PhD, profesor en el Departamento de Biología Estructural y Computacional Integrativa de Scripps Research. "Esno es una elegante línea de montaje de Detroit, es más como un pozo comercial en Wall Street ".
Para el estudio, el laboratorio de Williamson colaboró con el laboratorio de Joseph Puglisi, PhD, profesor de la Universidad de Stanford. Aunque el trabajo es una hazaña importante de la biología celular básica, debería permitir avances importantes en la medicina. Por ejemplo, algunos antibióticos actualesfunciona inhibiendo los ribosomas bacterianos; la nueva investigación abre la posibilidad de diseñar futuros antibióticos que se dirijan a los ribosomas bacterianos con mayor especificidad y, por lo tanto, con menos efectos secundarios.
En términos más generales, la investigación ofrece a los biólogos un nuevo y poderoso enfoque para el estudio de las moléculas de ARN, cientos de miles de los cuales están activos en un momento dado en una célula típica.
"Esto muestra que ahora podemos examinar en detalle cómo los ARN se pliegan mientras se sintetizan y las proteínas se están uniendo a ellos", dice el primer autor Olivier Duss, PhD, investigador postdoctoral en el Departamento de Biología Estructural y Computacional Integrativa enScripps Research: "Esto ha sido muy difícil de estudiar en biología porque implica varios procesos biológicos distintos que dependen uno del otro y deben detectarse simultáneamente".
El equipo utilizó una tecnología de imagen avanzada llamada "microscopía de fluorescencia de molécula única de guía de onda de modo cero", que han adaptado en los últimos años para el seguimiento en tiempo real de ARN y proteínas. Los ribosomas están hechos de ARN y proteínas, lo que refleja unasociación molecular que se cree que se remonta casi a los albores de la vida en la Tierra.
En un estudio de prueba de principio publicado el año pasado, los investigadores utilizaron su enfoque para registrar una etapa temprana, breve y relativamente bien estudiada del ensamblaje de ribosomas de la bacteria E. coli. Esto implicó la transcripción o copia desu gen correspondiente, de un ARN ribosómico, y las interacciones iniciales de esta cadena de ARN con una proteína ribosómica.
En el nuevo estudio, el equipo amplió este enfoque al rastrear no solo la transcripción de un ARN ribosómico sino también su plegamiento en tiempo real. El trabajo proporcionó una mirada detallada a una parte compleja y hasta ahora misteriosa de E.ensamblaje del ribosoma de coli: la formación de un componente o dominio principal completo del ribosoma de E. coli, con la ayuda de ocho socios proteicos que terminan incorporados a la estructura.
Un hallazgo clave fue que los socios de la proteína ribosómica guían el plegamiento de la cadena de ARN a través de múltiples interacciones temporales con la cadena, mucho antes de que encajen en sus lugares finales en la molécula de proteína de ARN plegada. Los hallazgos, según los investigadores,también insinúa la existencia de factores de ensamblaje de ARN desconocidos, probablemente proteínas, que no estaban presentes en sus experimentos de imágenes de tipo plato de laboratorio pero están presentes en las células y aumentan la eficiencia del plegamiento de ARN.
"Nuestro estudio indica que en el plegamiento de ARN ribosómico, y quizás más generalmente en el plegamiento de ARN en las células, muchas proteínas ayudan a plegar el ARN a través de interacciones débiles, transitorias y semiespecíficas con él", dice Duss.
El equipo ahora podrá ampliar esta investigación aún más para estudiar no solo el resto del ensamblaje de ribosomas, que involucra múltiples cadenas de ARN y docenas de proteínas, sino también muchos otros tipos de plegamiento de ARN e interacción de ARN-proteína en las células.
En principio, esta investigación proporcionará información sobre cómo los ARN se pliegan incorrectamente y cómo se pueden corregir dichos eventos. Los científicos creen que muchas enfermedades involucran o potencialmente involucran el plegamiento inadecuado y el procesamiento relacionado de ARN en las células.
Los tratamientos que ya se dirigen a los ribosomas también podrían mejorarse. Algunos antibióticos actuales, incluida una clase conocida como aminoglucósidos, funcionan uniéndose a sitios en los ribosomas bacterianos que no están presentes en los ribosomas humanos. Estos medicamentos pueden tener efectos secundarios porque también afectan elribosomas de bacterias buenas, por ejemplo en el intestino.
"Cuando comprendamos más completamente cómo se ensamblan y funcionan los ribosomas bacterianos, podríamos identificarlos de manera tal que afecten a un grupo más reducido de especies bacterianas dañinas y eviten las buenas, reduciendo los efectos secundarios para los pacientes", dice Duss.
Debido a que los ribosomas funcionan como productores de proteínas, también son cruciales para la supervivencia de las células tumorales de rápido crecimiento. Varias clases de medicamentos contra el cáncer ya funcionan al ralentizar la formación de ribosomas de una forma u otra. Una mejor comprensión del ribosoma humano sería, enprincipio, permite que su ensamblaje esté dirigido de manera más precisa y potente para bloquear el crecimiento del cáncer, señala Duss.
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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