Il tappo 5 'è un segno distintivo degli mRNA eucariotici che governano l'inizio della traduzione. a, Passi chiave nell'inizio della traduzione. Il fattore di inizio della traduzione eucariotica eIF4E si lega direttamente al 5 'cap. Il complesso eterotrimerico eIF4F si assembla sul cappuccio 5 ', portando al legame della subunità ribosomiale 40S, all'assemblaggio del ribosoma eucariotico 80S e all'inizio della traduzione. b, mRNA eucariotico caratterizzato dalla struttura cap 0 con un sito di riconoscimento per eIF4E, il sito utilizzato per la modifica chimica in questo studio e il primo nucleotide trascritto. c, Struttura di eIF4E, evidenziando le interazioni molecolari per il riconoscimento di cap 0. d, Il concetto di FlashCaps per la traduzione indotta dalla luce. Un singolo gruppo foto-scindibile (triangolo rosso) sul cappuccio 0 compromette il legame con eIF4E. I FlashCap sono compatibili con i protocolli di routine per la trascrizione e la trasfezione. Dopo la deprotezione indotta dalla luce, l'mRNA nativo con un cappuccio 5 '0 viene rilasciato e tradotto. UTR, regione non tradotta; PABP, proteina legante poli(A); ORF, cornice di lettura aperta. Credito:Chimica della natura (2022). DOI:10.1038/s41557-022-00972-7
Un team di ricercatori dell'Istituto di Biochimica dell'Università di Münster ha scoperto che utilizzando i cosiddetti FlashCap sono stati in grado di controllare la traduzione dell'mRNA per mezzo della luce. I risultati sono stati pubblicati su Nature Chemistry .
Il DNA (acido desossiribonucleico) è una lunga catena di molecole composta da molti singoli componenti e costituisce la base della vita sulla Terra. La funzione del DNA è quella di immagazzinare tutte le informazioni genetiche. La traduzione di queste informazioni genetiche in proteine, di cui un organismo ha bisogno per funzionare, svilupparsi e riprodursi, avviene tramite l'mRNA (acido ribonucleico messaggero). Il DNA viene trascritto in mRNA e l'mRNA a sua volta viene tradotto in proteine (biosintesi proteica). In altre parole, l'mRNA funge da vettore di informazioni. I biochimici dell'Università di Münster hanno ora sviluppato un nuovo strumento biochimico in grado di controllare la traduzione dell'RNA con l'aiuto della luce. Questi cosiddetti FlashCap consentono ai ricercatori di controllare una varietà di processi nelle cellule sia spazialmente che temporalmente e, di conseguenza, di determinare le funzioni di base delle proteine.
Sfondo e metodo utilizzati
Le funzioni di una cellula dipendono da molecole speciali:gli enzimi. Gli enzimi sono proteine coinvolte nelle reazioni chimiche nella cellula. Aiutano a sintetizzare prodotti metabolici, fare copie di molecole di DNA, preparare energia per le attività di una cellula, modificare il DNA e degradare alcune molecole. Al fine di sviluppare uno strumento che consenta agli scienziati di determinare non solo quali enzimi svolgono quali funzioni, ma anche cosa succede quando questi vengono attivati solo in determinate aree, il team di ricercatori guidato dal Prof. Andrea Rentmeister dell'Istituto di Biochimica dell'Università di Münster utilizzato FlashCaps sintetizzati chimicamente. I FlashCap sono dotati di un cosiddetto gruppo protettivo fotolabile, gruppi chimici che possono essere rimossi mediante irradiazione con la luce, e sono incorporati nell'mRNA durante la sintesi dell'RNA.
La particolarità di questa strategia è che qui, contrariamente ad altri studi, non è necessaria alcuna modifica della sequenza di mRNA. Tutto ciò che serve è l'incorporazione di una piccola molecola (il FlashCap) per bloccare quasi completamente la traduzione di un lungo mRNA. Dopo l'irradiazione con la luce, c'è un ritorno all'mRNA naturale, senza alcuna modifica. "Utilizzando i nostri FlashCap", spiega Nils Klöcker, uno degli autori principali dello studio e un dottorato di ricerca. studente dell'Istituto di Biochimica, "ora è possibile per ogni laboratorio del mondo attivare qualsiasi mRNA di interesse con la luce senza ulteriori passaggi".
Per mezzo di un'elaborata sintesi chimico-organica, il team di ricercatori di Münster è stato in grado di sviluppare i FlashCap, una molecola per controllare la traduzione dell'mRNA per mezzo della luce. Hanno dimostrato che questa strategia inibisce efficacemente la traslazione e, dopo l'irradiazione con luce nelle cellule, la riattiva. La differenza tra questo approccio e altre strategie non è solo che i FlashCap possono essere utilizzati da ogni laboratorio, senza che siano necessarie competenze o protocolli speciali o modifiche, ma anche che l'mRNA, dopo essere stato irradiato, esiste nella sua struttura naturale, che facilita lo studio dei processi naturali nelle cellule.
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno dimostrato di essere in grado di utilizzare FlashCaps per controllare con successo la traduzione dell'mRNA per mezzo della luce. Lo hanno dimostrato per quattro diversi mRNA in due diverse linee cellulari. "Questo rappresenta un progresso significativo nel consentire ad altri ricercatori di avere il controllo spaziale e temporale sulla traduzione dell'mRNA che stanno ricercando", afferma Florian Weissenböck, anch'egli dell'Istituto di biochimica. "I FlashCap hanno il potenziale per estendere la gamma di metodi utilizzati in ogni laboratorio di mRNA". + Esplora ulteriormente
