Clusterul de fier-sulf esențial pentru asamblarea corectă a ribozomilor în celule
Un mic element de construcție metalic joacă un rol decisiv în funcționarea corectă a „fabricilor de proteine” din celule, cunoscute sub numele de ribozomi. Aceasta este concluzia unui proiect recent de cercetare condus de Universitatea din Kaiserslautern‑Landau, care a adus noi lumini asupra rolului ionilor metalici în producția de proteine. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ioni precum cei de fier sunt blocuri fundamentale ale vieții, iar ionii de fier au o importanță centrală în structurile numite clustere de fier-sulf, care sunt implicate în diverse procese biologice fundamentale, inclusiv căile metabolice, cum ar fi lanțul respirator mitocondrial și ciclul acidului citric. Cercetătorii de la RPTU au demonstrat recent că un mic bloc metalic este și crucial pentru producția de proteine în sine.
În cadrul studiului, Dr. Daili Netz, de la Departamentul de Chimie al RPTU, și studenta la doctorat, Nadine Duppe, au analizat îndeaproape proteina Mak16. Este esențial de menționat că Mak16 are un rol cheie în producția ribozomilor, adică a acestor „fabrici de proteine” din celulele noastre. Echipa lui Netz a descoperit că Mak16 este stabil și funcționează corect în timpul asamblării ribozomului doar dacă conține clusterele de fier-sulf [4Fe-4S]. Această structură include patru ioni de fier și patru ioni de sulf aranjați într-un tipar cubic, alternând colțurile cubului.
Dacă acest bloc de construcție lipsește, procesul de producție a ribozomilor se descompune, iar celula nu mai poate produce proteine noi. Explaining the specifics of its structure, Netz a spus: „Mak16 conține un bloc de fier-sulf într-o cavitate din proteină formată din patru reziduuri de cisteină, care țin clusterul pe loc și ajută la atașarea sa stabilă de proteină.”
Pentru a demonstra importanța acestui cluster în interacțiunea cu Rpf1, echipa de cercetare a produs Mak16 în două variante: una în forma sa „normală” cu cavitatea și clusterul intacte și una modificată, care nu putea reține clusterul. Printr-o metodă denumită imunoprecipitație, echipa a descoperit că doar Mak16 cu cavitatea și clusterul intact pot stabiliza și reține proteina Rpf1. „Dacă clusterul lipsește, legătura nu funcționează deloc, iar complexul nu se formează,” a explicat Netz.
Întreaga structură a ribozomilor depinde nu doar de proteine, ci și de ARN-ul ribozomal (rRNA), iar Netz și echipa sa au investigat dacă ribozomii sunt asamblați corect în celulele de drojdie. Au constatat că producția de rRNA și maturarea ribozomilor depind în mare măsură de prezența clusterului la Mak16; în absența clusterului, asamblarea ribozomilor nu mai este corectă.
În cadrul acestor cercetări, sub îndrumarea profesorului Antonio Pierik, din Departamentul de Chimie al RPTU, s-a demonstrat natura metalică a clusterului prin spectroscopia de rezonanță electronică (EPR), completată de analizele Mössbauer realizate de profesorul Volker Schünemann și studentul său Lukas Knauer din Departamentul de Fizică al RPTU. Această metodă specializată a permis analiza modului în care blocurile de fier sunt atașate în structura proteinei.
Analizele EPR și Mössbauer au arătat că Mak16 conține un cluster [4Fe-4S] care apare în două stări stabile. Netz a adăugat: „Aceasta ne permite să înțelegem cum ionii metalici sunt organizați în proteină și cum Mak16 își îndeplinește sarcinile în celulă.”
O altă descoperire a cercetătorilor este că clusterul [4Fe-4S] este extrem de sensibil la stresul oxidativ. Dacă clusterul se descompune ca rezultat, producția de ribozomi se oprește. Astfel, acest cluster acționează nu doar ca un element esențial de construcție, ci și ca un senzor care semnalează celulei când trebuie să reducă producția de proteine. „Clusterele de fier-sulf controlează procese celulare centrale precum metabolismul, sinteza și repararea ADN-ului, transducția semnalului și funcțiile enzimatice, ajutând celulele să răspundă la stres,” a subliniat Netz.
Prin faptul că un singur cluster [4Fe-4S] influențează direct asamblarea ribozomilor, cercetările recente deschid noi perspective asupra mecanismelor de producție a proteinelor, extinzând înțelegerea noastră în biologia celulară și explicând cum perturbările acestor procese pot conduce la probleme în producția de proteine sau răspunsuri ale celulelor la stres.
