Descoperirea structurii complexului de maturare Argonaute deschide noi perspective pentru terapia cu ARN
Terapia cu ARN a devenit una dintre cele mai promițătoare clase de medicamente recente.
Până în prezent, opt medicamente bazate pe ARN mic interferent (siRNA) au fost aprobate la nivel mondial pentru tratarea bolilor genetice, însă cercetătorii nu au înțeles pe deplin un aspect fundamental al funcției acestora: activarea proteinei Argonaute, esențială pentru silențierea genelor.
O echipă de cercetare condusă de Kim V. Narry la Centrul de Cercetare RNA din cadrul Institutului pentru Științe de Bază (IBS), împreună cu profesorul Roh Soung-Hun de la Universitatea Națională din Seul, a dezvăluit pentru prima dată cum Argonaute își dobândește forma funcțională prin încărcarea cu ARN-uri mici.
MicroARN-urile (miARN) sunt ARN-uri mici care ajută la reglarea expresiei genelor, în timp ce terapiile cu siRNA folosesc același mecanism biologic pentru a silenția genele cauzatoare de boli. Argonaute este componenta centrală a complexului de silențiere indus de ARN (RISC), o mașină moleculară care folosește aceste ARN-uri mici pentru a identifica și a silenția gene specifice. Asemenea unui detectiv care folosește indicii pentru a identifica un suspect, Argonaute se bazează pe ARN-urile mici pentru a localiza genele țintă specifice printre mii de posibilități din celulă.
Cu toate acestea, în ciuda rolului său central în silențierea genelor, cercetătorii nu au înțeles pe deplin cum miARN-urile, care sunt voluminoase, sunt încărcate în Argonaute și asamblate într-un complex activ de silențiere a genelor. Această lacună de cunoștințe a limitat eforturile de a concepe terapii cu ARN mai eficiente.
Una dintre misterele de lungă durată a fost modul în care Argonaute adoptă o structură compactă, care pare prea îngustă pentru a acomoda miARN-urile voluminoase care trebuie să fie încărcate în timpul asamblării RISC. Deși se știa că chaperonii moleculare asistă acest proces, mecanismul de bază a rămas neclar.
Pentru a aborda această problemă, cercetătorii au izolat și purificat cu succes un complex de maturare Argonaute (AMC) necunoscut anterior, în care Argonaute este asociat cu proteinele chaperone Hsp90. Folosind microscopia crio-electronică de ultimă generație, aceștia au determinat structura tridimensională a complexului la o rezoluție aproape atomică.
Structura a relevat că proteinele chaperone mențin Argonaute într-o conformație neobișnuit de deschisă, creând suficient spațiu pentru ca un miARN să intre. Odată ce miARN-ul este încărcat, chaperonii sunt eliberați, iar Argonaute se pliază în forma sa matură funcțională, capabilă să silenționeze genele.
Studiul a arătat, în mod neașteptat, că ARN-ul joacă un rol mult mai activ decât se recunoscuse anterior. Cercetătorii au descoperit că miARN-ul nu este doar o marfă livrată la Argonaute. În schimb, miARN-ul acționează ca un cofactor molecular care ajută la ghidarea plierii lui Argonaute. În absența unui miARN corespunzător, Argonaute nu a reușit să își dobândească structura funcțională. Această descoperire sugerează că ARN-ul participă direct la procesul de pliere a proteinei.
Echipa a identificat, de asemenea, trăsăturile structurale cheie necesare pentru o asamblare eficientă a Argonaute. Aceștia au arătat că miARN-ul trebuie să posede caracteristici chimice specifice, să mențină o structură cu două fire și să aibă o lungime optimă de aproximativ 20–24 nucleotide. Aceste proprietăți se potrivesc îndeaproape cu cele întâlnite în miARN-urile naturale și siARN-urile terapeutice.
Este important de menționat că cercetătorii au stabilit un sistem experimental care reproduce fidel încărcarea Argonaute și asamblarea RISC în afara celulelor vii. Folosind această platformă, au examinat direct cum modificările chimice utilizate frecvent în siARN-urile terapeutice afectează asamblarea și funcția lui Argonaute.
Această realizare oferă, pentru prima dată, o bază moleculară pentru proiectarea terapiei cu ARN, care până acum s-a bazat în mare parte pe încercări și erori. Se așteaptă ca aceste descoperiri să contribuie la dezvoltarea unor terapii cu ARN mai sigure și mai eficiente.
„Cercetătorii s-au concentrat tradițional pe structurile proteinelor după ce acestea au fost deja formate. În acest studiu, am reușit să observăm direct procesul prin care o proteină își dobândește funcția. Descoperirile oferă o nouă perspectivă asupra modului în care chaperonii și ARN-ul colaborează pentru a crea molecule biologice funcționale”, a declarat profesorul Roh Soung-Hun.
Pe lângă avansarea înțelegerii biologiei ARN-ului, studiul stabilește un nou cadru pentru proiectarea rațională a terapiilor cu ARN și oferă o perspectivă mai largă asupra modului în care chaperonii moleculare colaborează cu liganzi biologici pentru a ghida plierea proteinelor.
Rezultatele au fost publicate în Nature pe 10 iunie.
