Sdílet
4. srpna 2020
Tisková zpráva;
Strukturní biolog Gabriel Demo vyvinul během svého působení na Lékařské fakultě Massachusettské univerzity spolu se svými kolegy nový postup umožňující vizualizaci syntézy bílkovin pomocí časově rozlišené kryo-elektronové mikroskopie (kryo-EM) v nebývalých detailech. Dříve bylo možné s pomocí inhibitorů vizualizovat pouze různé časové úseky translačního procesu, ale tento nový postup by mohl otevřít nové možnosti při studiu a vizualizaci komplexních biochemických procesů bez použití inhibitorů. Výsledky studie byly nedávno publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature. Gabriel Demo v současnosti vede vlastní výzkumnou skupinu na vědecko-výzkumném institutu CEITEC Masarykovy univerzity.
Ribozomy jsou molekulární stroje překládající v živých buňkách genetickou informaci do proteinů (translace mRNA). V buňce ribozomy vybírají příslušnou aminoacyl-tRNA (aa-tRNA) a spojí aminokyselinu přinášenou tRNA se vznikajícím peptidovým řetězcem. Ribozomy spojí více než deset aminokyselin za sekundu, a právě proto představovala vizualizace tohoto procesu na téměř atomárním rozlišení pro vědce velkou výzvu.
Výzkumný tým nejprve ochladil celou reakční směs na ledové lázni a následně zamrazil pro účely měření časově rozlišenou kryo-elektronovou mikroskopii. Tato metoda jim umožnila sledovat, co se skutečně děje v průběhu celé reakce. Tým vědců Loveland, Demo a Korostelev byl první, komu se podařilo vizualizoval fáze procesu translace, ve kterých ribozomy syntetizují proteiny bez použití inhibitorů, což jsou podmínky srovnatelné s těmi, za jakých tento proces probíhá v buňce. Jejich metoda může být také aplikována na jiné biochemické reakce, které byly dosud studovány pouze pomocí inhibitorů.
Pro vizualizaci dodávky tRNA vázané na aminokyseliny do ribozomu v různých časových bodech výzkumníci použili kryo-elektronovou mikroskopii. Vizualizace strukturních složek umožnila bezprecedentní pohled na celou reakci, od počátečního výběru přes přenos a korekturu RNA (tRNA) až po přidání aminokyseliny do rostoucího proteinu. Hlavní rozdíl mezi touto studií a předchozím výzkumem tohoto tématu byl ten, že vědci byli schopni sledovat ještě detailnější stavy, které dříve nebyly viditelné. „Tyto strukturní složky, včetně krátkodobých přechodných stavů, jsou však zcela zásadní, protože během nich probíhá rozhodování ribozomů přijmout správné tRNA a odmítnout ty nesprávné,“ vysvětlil Korostelev, hlavní autor této studie. Výsledky naznačují, že metoda časově rozlišené kryo-elektronové mikroskopie by se mohla stát dokonalou strukturně biochemickou metodou pro vizualizaci komplexních biochemických drah bez pomoci inhibitorů.
Výzkum byl proveden na Lékařské fakultě Massachusettské univerzity strukturálními biology Annou Lovelandovou a Gabrielem Demem pod vedením Andreje Korosteleva. Gabriel Demo, jeden z autorů této studie, dříve postdoktorand v laboratoři Andreje Korosteleva, nyní vede svou vlastní výzkumnou skupinu na institutu CEITEC Masarykovy univerzity. Jeho výzkumná skupina zkoumá mechanické detaily a funkční důsledky spřažené transkripce-translace. Jeho skupina používá integrační přístup, který kombinuje poznatky z proteomiky, molekulární biologie, biochemie a strukturní biologie. Výzkum Gabriela Dema výrazně přispívá k pochopení genové regulace v bakteriálních a virem infikovaných savčích buňkách. Výzkumná skupina Gabriela Dema je nejnovější akvizicí institutu CEITEC, která dokonale doplňuje odborné znalosti dalších vynikajících strukturních biologů tohoto ústavu, mezi které patří například držitelé prestižního vědeckého grantu ERC Pavel Plevka a Richard Štefl a držitel grantu ERC-CZ Robert Vácha.
Podívejte se na vizualizaci synézy bílkovin (pro spuštění videa klikněte na obrázek níže):
Autor: Ester Jarour