Os RNAs de transferência (tRNAs) estão entre os tipos mais comuns de RNA em uma célula e são indispensáveis para a produção de proteínas em todos os organismos conhecidos. Eles têm uma importante função de “tradução”: eles determinam como a sequência de ácidos nucléicos, na qual a informação genética é codificada, é transcrita em uma sequência de aminoácidos a partir da qual as proteínas são construídas.
Os RNAs de transferência são gerados a partir de tRNAs precursores (pré-tRNAs), que são convertidos em várias etapas no tRNA maduro com uma estrutura tridimensional complexa. Em alguns tRNAs, isso inclui uma etapa na qual uma determinada seção, conhecida como íntron, é extirpada. Em humanos, o Endonuclease de splicing de tRNA (TSEN) executa esta tarefa.
A enzima RNA quinase CLP1, que se liga diretamente ao TSEN, também desempenha um papel na garantia da conversão correta de tRNAs. Se TSEN e CLP1 são incapazes de interagir um com o outro devido a uma mutação genética, parece que os tRNAs também não podem mais se formar corretamente. As consequências disso são frequentemente vistas no desenvolvimento de distúrbios neurodegenerativos. Uma delas é a hipoplasia pontocerebelar, que leva a deficiências graves e morte prematura na primeira infância. Este distúrbio progressivo muito raro se manifesta em um desenvolvimento anormal do cerebelo e da ponte, uma parte do tronco cerebral.
Embora a atividade TSEN seja essencial para a vida, até o momento não estava claro como a enzima se liga aos pré-tRNAs e como os íntrons são excisados. A falta de uma estrutura tridimensional da enzima também dificultou a avaliação das alterações desencadeadas por mutações patogênicas específicas. Por meio de microscopia crioeletrônica (cryo-EM) realizada nas instalações da Universidade Julius-Maximilians de Würzburg e do Instituto de Bioquímica da Universidade Goethe de Frankfurt, pesquisadores liderados pelo Dr. Simon Trowitzsch, do Instituto de Bioquímica da Universidade Goethe, agora conseguiu lançar luz sobre a estrutura tridimensional de um complexo TSEN/pré-tRNA.
Com a ajuda de suas reconstruções cryo-EM, a equipe de pesquisa foi capaz de mostrar pela primeira vez como o TSEN interage com o pré-tRNA em forma de L. O TSEN então excisa o íntron do braço longo do L. “Primeiro, o TSEN se acomoda no canto do L. Ele pode então reconhecer tanto o braço curto quanto o longo, bem como o ângulo entre eles”, explica Trowitzsch.
A subunidade TSEN 54 (TSEN54) desempenha um papel fundamental no reconhecimento pré-tRNA, como os pesquisadores agora puderam corroborar. A subunidade serve como uma “régua molecular” e mede a distância entre o braço longo e o curto do L. Dessa forma, o TSEN reconhece em que ponto o pré-tRNA precisa ser clivado para remover o íntron.
Novas descobertas sobre a interação da RNA quinase CLP1 e a subunidade TSEN TSEN54 foram uma surpresa: CLP1 evidentemente se liga a uma região não estruturada e, portanto, muito flexível de TSEN54. É justamente essa região que contém um aminoácido mais frequentemente mutado em pacientes com hipoplasia pontocerebelar. “Para nós, esta é uma indicação importante de que o desenvolvimento de drogas no futuro deve se concentrar em manter a interação de TSEN e CLP1”, Samoil Sekulovski, primeiro autor do estudo, está convencido.
Os cientistas esperam agora que os dados estruturais permitam simular modelos que possam ser usados para pesquisar potenciais substâncias ativas. Trowitzsch resume: “Embora uma terapia promissora ainda esteja muito longe de nós, nossa estrutura de fato forma uma base sólida para uma melhor compreensão de como o TSEN funciona e quais são os padrões de doença de seus mutantes”.