Todas as células vegetais obtêm sua energia principalmente de duas organelas que contêm – cloroplastos (responsáveis pela fotossíntese) e mitocôndrias (responsáveis pelo ciclo bioquímico da respiração que converte açúcares em energia). No entanto, um grande número de genes de células vegetais em suas mitocôndrias e cloroplastos podem desenvolver defeitos, comprometendo sua função. No entanto, as células vegetais desenvolveram uma ferramenta incrível chamada de editossomo de RNA (um grande complexo de proteínas) para reparar esses tipos de erros. Ele pode modificar o RNA mensageiro defeituoso que resulta do DNA defeituoso pela transformação (desaminação) de certos nucleotídeos do mRNA.
Correção automática de erros em células vegetais
A correção automática de erros em plantas foi descoberta há cerca de 30 anos por uma equipe chefiada pelo fisiologista Axel Brennicke e dois outros grupos simultaneamente. Este mecanismo converte certos nucleotídeos de citidina no RNA mensageiro em uridina, a fim de corrigir erros no DNA do cloroplasto ou DNA mitocondrial. A edição de RNA é, portanto, essencial para processos como fotossíntese e respiração celular em plantas. Anos mais tarde, outros estudos mostraram que um grupo de proteínas conhecidas como proteínas PPR com domínios DYW desempenham um papel central na edição de RNA de plantas. Essas proteínas PPR com domínios DYW são transcritas no núcleo da célula e migram através das células para cloroplastos e mitocôndrias. No entanto, eles são inativos em seu caminho para essas organelas. Somente quando estão dentro das organelas, eles se tornam ativos e executam sua função em um sítio de mRNA específico. Como essa ativação funciona, no entanto, tem sido um mistério até agora.
Não funciona em tubo de ensaio
Por muitos anos, não foi possível produzir sinteticamente essas proteínas PPR do tipo DYW em laboratório para estudar sua função e estrutura mais de perto. Só agora uma equipe germano-japonesa chefiada pelo biólogo estrutural e bioquímico Dr. Gert Weber do Joint Protein Crystallography Group da Helmholtz-Zentrum Berlin e da Freie Universität Berlin conseguiu fazê-lo.
Agora: estrutura 3D da proteína chave decodificada
O grupo do Prof. Mizuki Takenaka já havia sido capaz de produzir o domínio DYW em bactérias. Takenaka conduz pesquisas na Universidade de Kyoto desde 2018 e já trabalhou no laboratório de Axel Brennicke em Ulm, Alemanha. Tatiana Barthel (University of Greifswald e agora no HZB) foi então capaz de cultivar os primeiros cristais de proteína do domínio DYW. Um grande número desses cristais delicados foi agora analisado nas linhas de luz MX de BESSY II para que a arquitetura tridimensional do domínio DYW pudesse ser decodificada. “Graças ao Joint Research Group co-localizado em HZB e FU Berlin, temos a capacidade de medir o tempo do feixe muito rapidamente quando necessário, o que foi crucial”, disse o Dr. Manfred Weiss, que é responsável pelas linhas de luz MX na BESSY II e coautor do estudo.
Mecanismo de ativação descoberto
Esta arquitetura tridimensional realmente forneceu a pista crucial para o mecanismo de ativação do domínio DYW que se aplica a todas as plantas. É devido a um átomo de zinco localizado no centro do domínio DYW que pode acelerar a desaminação de citidina em uridina como um catalisador. Para que isso aconteça, no entanto, o zinco deve estar perfeitamente posicionado. O interruptor de ativação é fornecido por um domínio de passagem muito incomum nas imediações do centro catalítico – a análise estrutural mostra que esse domínio de passagem pode assumir duas posições diferentes, ligando ou desligando a enzima. “O movimento do domínio de passagem regula a extensão em que o íon zinco está disponível para a reação catalítica”, explica Weber.
Uma molécula como uma tesoura
Agora ficou claro por que fazer com que as proteínas PPR do tipo DYW reagissem com o RNA no tubo de ensaio tem sido difícil até agora: essas proteínas PPR são nominalmente inativas e requerem ativação. Nas células vegetais, eles são produzidos primeiro no núcleo da célula e, em seguida, muito provavelmente migram em um estado inativado para as organelas, onde são ativados. “Isso é ideal, porque caso contrário essas moléculas estariam ativas ao longo do caminho, alterando várias moléculas de RNA de forma descontrolada e prejudicial à célula”, diz Weber.
Ferramenta de reparo universal
Este trabalho é um avanço para a biologia molecular de plantas porque descreve um nível adicional de regulação sofisticada em cloroplastos e mitocôndrias. Os resultados são fundamentais para a ciência das plantas, mas também podem ter um papel importante em nossas vidas diárias. O domínio DYW pode fornecer uma ferramenta útil para edição de RNA controlável e específica do site C-para-U e U-para-C. Isso poderia abrir novas aplicações médicas e de bioengenharia, como a reprogramação de certos genes mitocondriais sem alterar o DNA nuclear de uma célula.
Publicado em 22/06/2021 09h31
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