Jedną z najbardziej uderzających cech ludzkich genów jest to, że informacja genetyczna wymagana do produkcji białek jest przechowywana w formie nieciągłej, w której informacja kodująca (eksony) jest przerywana niekodującymi segmentami, zwanymi intronami.

Nowe badanie przeprowadzone przez grupę Galej w EMBL Grenoble przyczynia się do lepszego zrozumienia procesu, w którym te niekodujące informacje są usuwane przed syntezą białek.

Aby wytworzyć funkcjonalne białka, komórka musi usunąć introny z prekursorów cząsteczek informacyjnego RNA zwanych pre-mRNA – jest to proces znany jako splicing pre-mRNA. W pewnym sensie łączenie przypomina montaż filmu, w którym poszczególne klipy wideo są wycinane i łączone w spójną historię.

Reakcja splicingu jest katalizowana przez dużą i dynamiczną maszynę molekularną zwaną spliceosomem. Spliceosom bada cząsteczki informacyjnego RNA, aby zidentyfikować początek i koniec każdego segmentu kodującego i złożyć je w wierny sposób. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ wszelkie niedokładności w tym procesie mogą mieć drastyczne konsekwencje dla wyników ekspresji genów.

„Wiele chorób genetycznych jest powiązanych bezpośrednio lub pośrednio z mutacjami w składnikach spliceosomu lub z sekwencjami, które rozpoznaje” – powiedział Wojtek Galej, kierownik grupy w EMBL Grenoble. „Dlatego badanie splicingu pre-mRNA ma ogromne znaczenie medyczne, a zrozumienie jego podstawowego mechanizmu może utorować drogę nowatorskim terapiom poprawiającym zdrowie ludzkie”.

Spliceosom to bardzo złożona maszyna molekularna, zbudowana z ponad 100 białek i pięciu cząsteczek RNA. Składniki te są wstępnie złożone w pięć głównych elementów składowych znanych jako małe jądrowe cząstki rybonukleoproteinowe (snRNP, wymawiane „snurps”). Grupa Galej badała strukturę jednego z elementów składowych spliceosomu – snRNP 20S U5.

Największy element składowy spliceosomu nazywany jest kompleksem tri-snRNP i powstaje w wyniku interakcji trzech różnych snRNP – U4, U5 i U6. Chociaż naukowcy znają strukturę dojrzałego tri-snRNP, nie jest jasne, w jaki sposób dokładnie składają się jego liczne składniki.

Naukowcy z Grupy Galej zajęli się tym problemem, analizując strukturę 20S U5 snRNP, jednego z półproduktów w tej ścieżce składania. Chociaż ten związek pośredni został po raz pierwszy wyizolowany ponad trzydzieści lat temu, jego struktura do dziś pozostaje nieuchwytna.

Naukowcy oczyścili próbkę bezpośrednio z ludzkich komórek i zwizualizowali ją za pomocą kriomikroskopii elektronowej (cryoEM) oraz zinterpretowali dane za pomocą AlphaFold2, systemu opartego na sztucznej inteligencji do przewidywania struktur białek. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Przyroda Biologia strukturalna i molekularna.

Naukowcy odkryli, że CD2BP2, jedno z białek kompleksu tri-snRNP, działa jako molekularny „chaperon”, pomagając składnikom białkowym kompleksu łączyć się i składać prawidłowo. Białko to występuje jedynie w formie prekursorowej kompleksu i opuszcza je, gdy tylko osiągnie stan dojrzały.

Aby lepiej zrozumieć funkcję tego czynnika, zespół wykorzystał technologię edycji genów CRISPR-Cas9 do stworzenia linii komórkowych pozbawionych CD2BP2. Dzięki wsparciu ośrodka Proteomics Core Facility w EMBL Heidelberg naukowcy odkryli, że w przypadku braku CD2BP2 snRNP są produkowane mniej wydajnie ze względu na potencjalną przeszkodę na drodze ich składania.

„Rozpoczęliśmy ten projekt ponad pięć lat temu i był to wspaniały wspólny wysiłek wielu osób w grupie, które spojrzały na problem z różnych punktów widzenia. To ogromna satysfakcja, gdy możemy teraz zobaczyć ostateczne wyniki” – powiedział Galej.