Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Molekularne szczegóły hypuzynacji eIF5A oraz kliniczne znaczenie mutacji białka DHS

Molekularne szczegóły hypuzynacji eIF5A oraz kliniczne znaczenie mutacji białka DHS

Naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego odkryli molekularny mechanizm hypuzynacji - najbardziej unikalnej modyfikacji potranslacyjnej w ludzkim proteomie.

Zespół badawczy z Małopolskiego Centrum, Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego kierowany przez dr Przemysława Grudnika dokonał przełomowego odkrycia wypełniającego dotychczasową lukę w zrozumieniu mechanizmu unikalnej modyfikacji potranslacyjnej – hypuzynacji. Praca opisująca uzyskane wyniki została właśnie opublikowana w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature Communications.

Naukowcy opisując strukturę atomową kompleksu białek eIF5A i DHS, odpowiedzieli na pytanie w jaki sposób tylko jeden konkretny aminokwas lizyna w białku eIF5A jest potranslacyjnie modyfikowany do hypuzyny. Hypuzynacja jest najbardziej unikalną modyfikacją potranslacyjną i została opisana tylko dla jednego białka. Proces hypuzynacji jest katalizowany przez dwa enzymy: syntazę deoksyhypuzyny (DHS) oraz hydroksylazę deoksyhypuzyny (DOHH). Zmodyfikowane białko eIF5A jest niezbędne dla prawidłowego przebiegu wielu istotnych procesów komórkowych, takich jak wzrost komórki i jej podział.

Hypuzynacja po raz pierwszy została opisana w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku i od tego czasu budzi duże zainteresowanie naukowców. Pomimo faktu, że coraz więcej badań naukowych łączy zmiany w poziomie hypuzynacji z różnymi stanami chorobowymi, do tej pory molekularny mechanizm tej modyfikacji pozostawał niewyjaśniony.

"Hypuzynacja to mało znany, ale bardzo ważny proces dla każdej żywej komórki. Podczas studiów nigdy o niej nie słyszałam i dopiero mój promotor dr Przemysław Grudnik wprowadził ten termin do mojego słownika. Bardzo się cieszę, że nasze badania umożliwiły zaproponowanie molekularnego mechanizmu hypuzynacji. Rozwiązanie struktury kompleksu eIF5A-DHS w wysokiej rozdzielczości, umożliwiło nam zrozumienie jak DHS rozpoznaje i modyfikuje eIF5A” – mówi Elżbieta Wątor, doktorantka w Małopolskim Centrum Biotechnologii i główna autorka artykułu.

Fig.1 Struktura kompleksu eIF5A-DHS

Fig.1 Struktura kompleksu eIF5A-DHS

Aby osiągnąć swój cel i uzyskać dokładny i szczegółowy model reakcji, naukowcy z MCB musieli zastosować kombinację wielu technik biologii strukturalnej, takich jak bio-krystalografia rentgenowska, kriomikroskopia elektronowa (cryo-EM) oraz spektrometria mas sprzężona z wymianą wodorowo-deuterową. Dodatkowo przeprowadzone analizy biochemiczne i biofizyczne uzupełniły i zweryfikowały obserwacje uzyskane na podstawie badań strukturalnych, i pozwoliły na zaproponowanie mechanizmów powodujących utratę aktywności białka DHS związaną z tzw. syndromem niedoboru DHS – rzadką chorobą o podłożu genetycznym.

„Zastosowanie krystalografii rentgenowskiej pozwoliło nam na wizualizację i analizę drobnych rearanżacji strukturalnych zachodzących podczas reakcji katalizowanej przez DHS. Jednak wykorzystując tę technikę nie byliśmy w stanie uchwycić interakcji pomiędzy eIF5A a DHS. Na szczęście uzupełnienie pełnego obrazu reakcji było możliwe z wykorzystaniem innej techniki – kriomikroskopii elektronowej. Przy pomocy cryoEM rozwiązaliśmy wysokorozdzielczą strukturę białka DHS ze związanym substratem – białkiem eIF5A. Nasz projekt jest doskonałym przykładem potencjału biologii strukturalnej w wyjaśnianiu istotnych pytań biologicznych” – mówi dr Piotr Wilk, drugi autor artykułu.

zespół naukowców z MCB

Fot.1. Główni autorzy opisywanego artykułu. Od lewej: dr Przemysław Grudnik (autor korespondencyjny), Elżbieta Wątor (pierwsza autorka) and dr Piotr Wilk (drugi autor).

Próbki do badań strukturalnych zostały przygotowane w Structural Biology Core Facility w MCB UJ. Dane cryo-EM zarejestrowano przy użyciu wysokiej klasy kriomikroskopu elektronowego Titan Krios G3i w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Dane dyfrakcyjne natomiast zebrano na synchrotronie BESSY II w Berlinie. 

„Zrozumienie interakcji eIF5A-DHS może mieć istotny wpływ na rozwój nowych metod leczenia chorób związanych z nieprawidłową translacją białek, takich jak nowotwory i zaburzenia neurodegeneracyjne. Teraz naszym celem jest wykorzystanie zdobytej wiedzy o mechanizmie reakcji do opracowania nowych związków chemicznych.” – dodaje dr Przemysław Grudnik, autor korespondencyjny.

Badania nad hypuzynacją w MCB są finansowane w ramach projektów NCN OPUS-17 („Molecular basis of hypusination” UMO-2019/33/B/NZ1/01839) oraz NCN PRELUDIUM-18 („The protein with two faces – characterization of a dual-activity deoxyhypusine synthase from Trichomonas vaginalis” 2019/35/N/NZ1/02805).  

Artykuł dostępny online:

E. Wątor, P. Wilk, A. Biela, M. Rawski, K. M. Zak, W. Steinchen, G. Bange, S. Glatt, and P. Grudnik, Cryo-EM Structure of Human EIF5A-DHS Complex Reveals the Molecular Basis of Hypusination-Associated Neurodegenerative Disorders, Nat Commun 14, 1698 (2023).

Polecamy również
Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Kalkulacja orientacji makromolekuł  w przestrzeni trójwymiarowej

Kalkulacja orientacji makromolekuł w przestrzeni trójwymiarowej

Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123