Una colaboración de investigación internacional ha arrojado nueva luz sobre las bases moleculares de la expresión genética, un proceso biológico fundamental que subyace a cómo todos los organismos utilizan su información genética.
El equipo utilizó una técnica de microscopía avanzada para capturar con un detalle sin precedentes el momento crítico en el que la información genética se traduce en proteínas que dan forma a las estructuras y los procesos bioquímicos de la naturaleza.
«Nuestra investigación revela cómo estas moléculas funcionan como máquinas complejas. Siempre me ha sorprendido que sea posible recrear un proceso tan complejo y biológicamente fundamental en un tubo de laboratorio», dijo el Dr. dijo Michael Webster. Center y uno de los autores del estudio que aparece en Science.
«Es especialmente emocionante tener la oportunidad de utilizar potentes técnicas de imágenes para responder preguntas que han interesado a los investigadores durante mucho tiempo», afirmó.
Los hallazgos brindan oportunidades para que la comunidad investigadora estudie cómo responden las bacterias a su entorno y cómo las plantas adaptan su actividad fotosintética para satisfacer sus necesidades debido a los paralelos en los cloroplastos.
Las proteínas se producen decodificando la información genética almacenada en el ADN. Durante décadas, los investigadores han intentado comprender cómo se copia la información de la secuencia de nucleótidos de los genes a la secuencia de aminoácidos de las proteínas.
Las secuencias de ADN no son capaces de actuar por sí solas, sino que se expresan en forma de estructuras proteicas y actividades bioquímicas, de ahí el término «expresión».
Una molécula central involucrada en la expresión genética es el ribosoma, una máquina molecular que lee una copia de información genética llamada ARN mensajero (ARNm) para producir una nueva proteína.
Aunque se sabe mucho sobre cómo el ribosoma decodifica los ARNm, un proceso conocido como «traducción», sigue existiendo una pregunta clave sobre cómo el ribosoma encuentra por primera vez el ARNm para descodificarlo.
Para encontrar respuestas a esta pregunta, el equipo tomó imágenes de ribosomas purificados de bacterias y ensamblados con otros componentes en estados que imitan su encuentro con el ARNm.
Utilizando microscopía electrónica criogénica (crio-EM), construyeron modelos nucleares de conjuntos de ribosomas y ARNm. Esto les permitió visualizar el proceso con más detalle.
Se conocen tres interacciones moleculares que unen los ribosomas bacterianos a los ARNm: una secuencia de ARN llamada motivo Shine-Dalgarno, una proteína de unión a ARN llamada S1 y una enzima productora de ARNm llamada ARN polimerasa.
No estaba claro si estas interacciones podrían cooperar para entregar ARNm al ribosoma.
Este estudio reveló cómo se produce la coordinación entre estas interacciones ribosoma-ARNm. Esto revela una vía en la superficie del ribosoma que el ARNm puede seguir para llegar al sitio donde tiene lugar la decodificación.
El proyecto de colaboración avanza en un esfuerzo de décadas desde el campo para comprender cómo ocurre la expresión genética a nivel molecular, arrojando nueva luz sobre cómo ocurre un evento único pero crítico en la vía.
Un hallazgo sorprendente es que en realidad ha evolucionado un mecanismo para ayudar a entregar ARNm al ribosoma para su traducción.
Anteriormente estaba claro que el ribosoma debe encontrar de alguna manera la ubicación correcta en el ARNm correcto para iniciar la síntesis de proteínas. Para mí, esto indicaba una búsqueda potencialmente larga antes de que las moléculas pudieran interactuar de la manera necesaria.
Me sorprendió la claridad con la que nuestros modelos estructurales muestran que el ribosoma bacteriano puede crear una vía para el ARNm entrante. Este sistema molecular aparentemente hace el trabajo de encontrar ARNm para traducir».
Dr. Michael Webster, líder de grupo en el Centro John Innes
El mecanismo molecular revelado también se relaciona con los cloroplastos de las plantas, descendientes de bacterias que se convirtieron en orgánulos vegetales.
El grupo de Webster pretende aprovechar esta nueva comprensión de la expresión genética de tipo bacteriano para examinar su contribución a la producción de proteínas fotosintéticas en el cloroplasto. Esta área es relevante para saber cómo podemos desarrollar cultivos que se adapten mejor a los desafíos climáticos.
El estudio colaborativo implicó los esfuerzos coordinados de expertos en crio-EM del Centro John Innes y del IGBMC (Estrasburgo), expertos en cinética de molécula única de la Universidad de Michigan y expertos en proteómica estructural de la Technische Universität (Berlín). .
‘Base molecular de la entrega de ARNm al ribosoma bacteriano’ aparece en Science.
Fuente:
Referencia de la revista:
Webster, Michigany otros. (2024) Base molecular de la entrega de ARNm al ribosoma bacteriano. ciencia. doi.org/10.1126/science.ado8476.
