O nouă metodă identifică tARN-urile active în timpul sintezei proteinelor celulare
Celulele noastre transformă instrucțiunile genetice în proteine cu o precizie remarcabilă.
Un element esențial în traducerea acestei informații sunt ARN-urile de transfer, sau tARN-uri, molecule mici care citesc codul genetic câte trei litere odată și aduc blocurile de construcție ale proteinelor, aminoacizii, către mașinăria de sinteză a proteinelor a celulei, ribozomul.
Fiecare celulă conține milioane de tARN-uri, dar doar unele dintre ele sunt active în ribozom. Până acum, cercetătorii le-au studiat măsurând toate tARN-urile dintr-o celulă simultan, presupunând că aceasta oferă o imagine corectă a celor care își îndeplinesc rolul.
Într-un nou studiu publicat în revista Nature Methods, cercetătorii de la Centrul pentru Reglementare Genomică (CRG) din Barcelona descriu o tehnică care analizează doar tARN-urile aflate pe ribozomii care sunt activi în sinteza proteinelor. Aceasta arată că tARN-urile utilizate pot diferi de stocul total al celulei, în special atunci când celulele se află sub stres, o diferență pe care tehnicile standard nu o surprind.
„Domeniul a presupus în mare măsură că secvențierea tuturor tARN-urilor dintr-o celulă oferă o imagine bună a celor care lucrează în producția de proteine. Lucrările noastre arată că acest lucru nu este neapărat adevărat, în special în condiții de stres”, a declarat Dr. Mie Monti, autorul principal al studiului.
Când celulele au fost private de leucină, unul dintre blocurile de construcție ale proteinelor, echipa a observat că tARN-urile se acumulează pe ribozom, în timp ce așteptările erau ca acestea să dispară complet.
Rezultatele sugerează că unele schimbări din interiorul celulelor ar fi putut rămâne neobservate. Celulele canceroase, de exemplu, sunt cunoscute pentru utilizarea tARN-urilor diferit față de celulele sănătoase, dar acest lucru a fost studiat doar prin numărarea fiecărui tARN din celulă.
Celulele umane conțin, de asemenea, mai multe versiuni ale multor tARN-uri. Folosind infecțiile virale ca exemplu, cercetătorii spun că noua abordare ar putea arăta exact care moleculă de tARN se bazează un virus. În principiu, aceasta ar putea indica noi modalități de blocare a unei infecții.
Principala implicație a studiului este că ar putea accelera dezvoltarea unei noi forme de medicamente pentru bolile genetice.
Despre una din zece erori genetice cunoscute care cauzează boli ereditare se știe că sunt greșeli care spun celulei să oprească producția unei proteine prea devreme. tARN-urile proiectate special pot citi dincolo de acest semnal fals de oprire și pot restabili proteina completă fără a modifica ADN-ul pacientului.
Medicamentele experimentale pe bază de tARN au restabilit deja proteinele lipsă în celule și șoareci în studii legate de fibroza chistică și distrofia musculară Duchenne, iar unul a fost aprobat în acest an pentru primul său trial pe oameni. Deoarece aceeași greșeală poate apărea în multe gene diferite, un singur medicament pe bază de tARN ar putea, în teorie, să trateze multe condiții rare nelegate între ele.
„Un singur medicament pe bază de tARN ar putea, în principiu, să fie folosit pentru a trata mai multe boli rare nelegate. Acest lucru ar fi transformator pentru pacienții cu boli rare, deoarece aceste grupuri sunt în mod normal prea fragmentate pentru dezvoltarea convențională a medicamentelor”, afirmă ICREA Research Professor Eva Novoa, care a condus studiul.
Noulă metodă ar putea de asemenea să ajute pe cei care proiectează astfel de medicamente. „Un lucru este să proiectezi un tARN care funcționează într-un tub de testare. Altceva este să știi că acesta va ajunge efectiv la ribozom în cantități suficiente pentru a fi utilizat de celulă”, explică Dr. Monti.
Cercetătorii se așteaptă ca noua lor metodă, denumită tRIBO-seq, să devină un instrument de rutină pentru identificarea celor mai promițătoare candidate de medicamente. Echipa a dezvoltat-o împreună cu compania italiană IMMAGINA Biotechnology.
Metoda funcționează prin „pescuit” ribozomii care sunt ocupați în producția de proteine într-o celulă. tARN-urile din interior sunt apoi analizate una câte una, arătând care sunt utilizate, ce etichete chimice poartă și dacă vreuna este deteriorată, toate într-un singur experiment.
Tehnicile convenționale necesită aproximativ o săptămână pentru a crește celulele și au nevoie de echipamente specializate. Metoda CRG necesită un singur recipient cu celule și aproximativ o zi și jumătate.
