I ribosomi sono gli organelli responsabili della sintesi proteica nelle cellule. I ricercatori della LMU hanno ora sezionato le prime fasi del loro assemblaggio e visualizzato come i loro componenti di RNA si piegano correttamente e trovano il loro posto nella struttura in crescita.

Nelle cellule in attiva crescita, un'enorme varietà di proteine ​​deve essere sintetizzata in quantità molto variabili. Per soddisfare queste richieste, le fabbriche proteiche della cellula – i ribosomi – che sono costituite da proteine ​​e diversi RNA devono esse stesse essere costruite in numero considerevole. Una cellula di lievito in crescita produce nell'ordine di 100, 000 ribosomi all'ora, ciascuno dei quali consiste di circa 80 proteine ​​ribosomiali e quattro RNA ribosomiali (rRNA), distribuiti tra due distinte subunità che interagiscono funzionalmente tra loro. Inoltre, l'assemblaggio ribosomiale richiede l'intervento di circa 200 altre proteine ​​che fungono da fattori di biogenesi, che non fanno parte della struttura finale. Questi fattori orchestrano la costruzione del ribosoma e dirigono il ripiegamento sequenziale degli rRNA, che fornisce i siti di legame appropriati per l'inserimento delle proteine ​​ribosomiali. I ricercatori della LMU guidati dal professor Roland Beckmann, in collaborazione con il gruppo del professor Ed Hurt all'Università di Heidelberg, hanno ora determinato, per la prima volta in dettaglio tridimensionale, come avvengono i primi passi nell'assemblaggio della subunità grande nelle cellule di lievito. I risultati appaiono sulla rivista leader Cellula .

L'assemblaggio del ribosoma inizia in una regione specializzata del nucleo chiamata nucleolo, dove tre degli rRNA sono trascritti sotto forma di grandi molecole precursori. Ogni molecola viene elaborata enzimaticamente per produrre i segmenti maturi trovati nel ribosoma finito. Due di questi, chiamato 25S e 5.8S nel lievito, sono incorporati nella subunità grande. Le fasi successive del processo di assemblaggio si verificano nel nucleoplasma, prima che il ribosoma ancora incompleto venga esportato attraverso i pori della membrana nucleare per la maturazione finale nel citoplasma." Questo processo multistadio riflette la natura estremamente complessa dell'intera operazione, "dice Lukas Kater, l'autore principale dello studio. Per chiarire come viene piegato l'rRNA 25S, il team ha purificato cinque complessi ribonucleoproteici dal nucleolo, e determinato le loro strutture mediante microscopia crioelettronica. Ciascuno di questi complessi è associato a diversi insiemi di fattori di biogenesi e rappresenta una fase distinta nel processo di assemblaggio. "Questo approccio ci ha permesso di identificare le funzioni di molti dei primi fattori di biogenesi e determinare la sequenza delle fasi di ripiegamento dell'RNA e di legame alle proteine ​​coinvolte nelle prime fasi di assemblaggio della grande subunità ribosomiale nel nucleolo, " dice Caterina.

Si scopre che l'RNA precursore 25S inizia effettivamente a ripiegarsi da entrambe le estremità, e non nella sequenza in cui sono organizzati i domini di piegatura nella molecola lineare. I domini I e II si piegano per primi, seguito dal dominio VI all'altra estremità della molecola. Allora III, IV e V seguono, in questo ordine. "Ciò consente di generare una sorta di 'esoscheletro' per quello che diventerà poi il centro catalitico (dove le subunità di aminoacidi di ogni proteina sono collegate tra loro nella sequenza corretta) e il tunnel di uscita, attraverso il quale la catena proteica in crescita emerge dal ribosoma, " Spiega Beckmann. Lui e i suoi colleghi ora hanno in programma di indagare su ulteriori intermedi nel processo di assemblaggio per ottenere un quadro più dettagliato della fase di costruzione del ribosoma che avviene nel nucleo.