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Dentro de minúsculas máquinas celulares chamadas ribossomos, cadeias de material genético chamadas RNAs mensageiros (mRNAs) são combinadas com os RNAs de transferência correspondentes (tRNAs) para criar sequências de aminoácidos que saem do ribossomo como proteínas. As proteínas inacabadas são chamadas de cadeias nascentes e são deixadas ligadas ao ribossomo.
Os cientistas sabem que algumas dessas cadeias nascentes podem regular a atividade do ribossomo e que as cadeias nascentes às vezes podem interferir com os antibióticos – muitos dos quais funcionam visando a atividade do ribossomo bacteriano. Os cientistas não sabem por que isso acontece, principalmente porque é difícil visualizar como são as interações ribossomo-peptídeo-droga enquanto as proteínas inacabadas ainda estão presas ao ribossomo.
Agora, cientistas da Universidade de Illinois Chicago são os primeiros a relatar um método para fixação estável de peptídeos a tRNAs, o que lhes permitiu obter novos insights fundamentais sobre a função dos ribossomos, determinando as estruturas de nível atômico dos ribossomos e as formas que esses peptídeos levam para dentro do ribossomo.
Seu método é recentemente relatado na revista Química da Natureza.
“O desafio tem sido ver de perto a estrutura do ribossomo e o túnel de saída na presença dos peptídeos nascentes porque, na natureza, o ribossomo é muito rápido para capturarmos imagens ou realizarmos experimentos”, disse Yury Polikanov, associado professor do departamento de ciências biológicas da Faculdade de Artes e Ciências Liberais. “Até o advento deste novo método, estávamos essencialmente cegos de ver o que está acontecendo no sítio ativo do ribossomo neste momento crítico.”
Polikanov e seu colega Egor Syroegin, candidato a doutorado em ciências biológicas na UIC, usaram um método chamado ligação química nativa para fundir peptídeos personalizados com o tRNA para produzir o que é chamado de peptidil-tRNA.
“A obtenção de moléculas de tRNA ligadas a peptídeos, semelhantes às do ribossomo durante a síntese de proteínas, permaneceu um sonho de muitos pesquisadores da área por quase duas décadas”, disse Polikanov. “Isso tem sido extremamente desafiador porque não há enzimas que possam ligar diretamente peptídeos a um tRNA”.
“O método é usado há muito tempo em química, mas nunca foi aplicado dessa maneira. Ele basicamente imita a natureza e, com nossa experiência avançada de imagem, agora estamos vendo como a natureza funciona em alta resolução”, disse Syroegin. disse.
Com esta nova abordagem, Polikanov e Syroegin determinaram um conjunto de estruturas de alta resolução do ribossomo carregando peptidil-tRNAs de vários comprimentos.
A análise detalhada dessas estruturas fornece informações novas e surpreendentes sobre o mecanismo do centro catalítico do ribossomo e respondeu a várias questões fundamentais de longa data no campo do ribossomo, disse Polikanov.
“Vimos que, dependendo da sequência, diferentes peptídeos podem formar diferentes formas ou dobras dentro do túnel ribossômico, e podemos sintetizar diferentes peptídeos de diferentes sequências e seguir sua forma com muita precisão, devido à alta resolução de nossas estruturas”, Syroegin disse. “Então, agora, podemos dizer com muita confiança que ‘esses peptídeos, dessa sequência, têm essa forma’ ou ‘outro peptídeo tem outra forma’. Isso é importante porque o dobramento de peptídeos nascente determina se as drogas parariam o ribossomo ou não.”
“Este método abre inúmeras avenidas para estudos estruturais e funcionais destinados a compreender os mecanismos de funcionamento dos ribossomos, bem como a paralisação de ribossomos específica de sequência induzida por certos antibióticos”, disse Polikanov.
Polikanov e Syroegin são co-autores do artigo, “Insights sobre a função do ribossomo das estruturas de complexos de cadeia nascente de ribossomo não presos”, juntamente com Elena Aleksandrova, especialista em pesquisa do departamento de ciências biológicas da UIC.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (R01-GM132302, R21-AI163466), a Fundação Nacional de Ciências (MCB-1907273) e fundos de inicialização do Estado de Illinois. Este trabalho é baseado em pesquisas realizadas nas linhas de luz da Equipe de Acesso Colaborativo do Nordeste na Fonte Avançada de Fótons do Laboratório Nacional de Argonne (DE-AC02-06CH11357).
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