Najnowsze prace naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego ujawniły wpływ specyficznej modyfikacji mRNA, a mianowicie metylacji N6 adeniny (m6A), na proces translacji. Wyniki badań zostały uzyskane we współpracy z grupą z Instytutu Maxa Plancka w Getyndze i niedawno opublikowane w "Nature Communications" (Link 3). Badania były prowadzone w pracowni MCB Structural Biology Core Facility oraz w Centrum SOLARIS przy użyciu krio-mikroskopu elektronowego Titan Krios G3i.

"Transkrypcja" to proces komórkowy, który umożliwia przepływ informacji genetycznej z DNA do mRNA. Podczas kolejnego etapu, zwanego "translacją", powstałe cząsteczki mRNA są tłumaczone na łańcuchy aminokwasów, które budują białka komórkowe pełniące prawie wszystkie funkcje w naszych ciałach. Ta podstawowa zasada jest jeszcze bardziej skomplikowana dzięki istnieniu naturalnie występujących modyfikacji cząsteczek RNA, których rola jest przedmiotem szeroko zakrojonych prac naukowych prowadzonych na całym świecie. 

Biolodzy strukturalni z Grupy Badawczej Maxa Plancka w MCB UJ we współpracy z biofizykami z Instytutu Maxa Plancka w Getyndze zbadali rolę metylacji adeniny mRNA (m6A). Podczas procesu rybosomalnego dekodowania sekwencja mRNA musi zostać rozpoznana przez odpowiednie transferowe RNA (tRNA). Cząsteczki tRNA dostarczają aminokwasy do rosnącego łańcucha polipeptydowego, który ostatecznie staje się funkcjonalnym białkiem. Wyniki badań pokazały, że, odpowiednia modyfikacja mRNA zwiększa szybkość odłączania się cząsteczek tRNA od rybosomu, dzięki czemu komórki mogą spowolnić produkcję określonych białek. Opublikowane wyniki badań w "Nature Communications" dotyczą fundamentalnego procesu biologicznego, ponieważ m6A jest najczęściej występującą w przyrodzie modyfikacją mRNA. Dodanie grupy metylowej jest procesem podlegającym ścisłej regulacji i zostało powiązane z wieloma ważnymi procesami fizjologicznymi a także stanami patologicznymi, w tym z nowotworami.

Obserwacja zmian strukturalnych niewielkiej cząsteczki molekularnej, takiej jak pojedyncza grupa metylowa składająca się tylko z jednego atomu węgla i trzech atomów wodoru, jest trudnym zadaniem. Dzięki pracowni MCB Structural Biology Core Facility oraz krio-mikroskopowi elektronowemu Titan Krios G3i znajdującemu się w Narodowym Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS Uniwersytetu Jagiellońskiego, krakowscy naukowcy rozwiązali struktury atomowe rybosomów, co pozwoliło im monitorować wpływ modyfikacji m6A podczas procesu translacji. "Podczas gdy rybosom jest jedną z najszerzej zbadanych i opisanych maszyn makromolekularnych, odkrywanie nowych aspektów wewnętrznego działania tej złożonej maszynerii biologicznej jest zaskakujące i ekscytujące" - mówi dr Łukasz Koziej, jeden z pierwszych autorów badania. Dr hab. Sebsatian Glatt, jeden z dwóch autorów korespondencyjnych, dodaje: "Ujawnienie tak drobnych modyfikacji w trakcie pracy jest szczególnie satysfakcjonujące. Połączenie biologii strukturalnej i biofizyki znacznie przybliża nas do zrozumienia roli innych złożonych modyfikacji RNA".
Badania w MCB były wspierane przez granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych i Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Rys.1. Projekt graficzny autorstwa Dominiki Dobosz z MCB UJ.

Autor: Sebastian Glatt

Link do publikacji:

S. Jain, Ł. Koziej, P. Poulis, I. Kaczmarczyk, M. Gaik, M. Rawski, N. Ranjan, S. Glatt, M. V. Rodnina, Modulation of translational decoding by m6A modification of mRNA, Nature Communications, 14(1), 4784(2023) doi: 10.1038/s41467-023-40422-7