Структурное исследование выявило потенциальную мишень для лекарств против трипаносом
Исследование группы Ковалински из EMBL в Гренобле охарактеризовало структуру важного белкового комплекса трипаносом, что может открыть путь к разработке новых лекарств. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Трипаносомы — паразиты, вызывающие смертельные заболевания у людей и животных: африканский трипаносомоз человека (сонная болезнь), болезнь Шагаса и нагану у крупного рогатого скота.
По данным ВОЗ, усилия по контролю снизили число случаев сонной болезни, но миллионы людей всё ещё инфицированы болезнью Шагаса. Диагностика и лечение остаются сложными, а эффективная вакцина против этих забытых тропических болезней не создана.
Переносчики трипаносом в основном обитают в Южном полушарии. Однако изменение климата может увеличить распространение болезней, передаваемых насекомыми, что делает изучение биологии этих паразитов особенно актуальным.
Трипаносомы транскрибируют свою ДНК в матричные РНК (mRNA), которые служат инструкцией для сборки белков, необходимых для всех процессов, включая заражение хозяина.
И люди, и трипаносомы — эукариоты, организмы с ядром. У эукариотов mRNA проходят сложную обработку перед использованием клеткой.
Поскольку обработка mRNA у человека и трипаносом значительно различается, понимание этих молекулярных процессов — основа для разработки лекарств, специфически ингибирующих обработку РНК у паразита, не затрагивая человеческие клетки.
В этом исследовании охарактеризован ядерный кэп-связывающий комплекс трипаносом. Он связывает все mRNA паразита, жизненно важен для их правильной обработки и, следовательно, для выживания паразита. Учёные выявили серьёзные различия между трипаносомным и человеческим комплексом, что указывает на его потенциал в качестве мишени для лекарств.
Разные пути
У всех эукариотов ядерный кэп-связывающий комплекс — ключевой игрок в клеточном метаболизме РНК. Он связывает РНК на ранней стадии её синтеза.
Другие компоненты клеточной машинерии взаимодействуют с новой молекулой РНК через этот комплекс, используя его как платформу для следующего этапа обработки или транспорта РНК в клетке.
В отличие от человеческого комплекса с двумя субъединицами, трипаносомный состоит из четырёх. Функция трёх из них до сих пор была неизвестна, что и заинтересовало группу Ковалински.
Исследование показало, что комплекс состоит из двух долей: одна напоминает человеческий комплекс, а вторая соединена с первой через очень гибкий белок.
«Основной сложностью в изучении этого комплекса была его гибкость», — сказал Харальд Бернхард, бывший аспирант группы и первый автор статьи.
«Я использовал крио-электронную микроскопию (cryo-EM) для получения структуры, но гибкие части не разрешались в данных. Поэтому мы обратились к малоугловому рентгеновскому рассеянию».
Учёные использовали рентгеновские лучи в Европейском центре синхротронного излучения в Гренобле для анализа гибких частей комплекса.
Конец молекул mRNA обычно имеет химическую модификацию, но у трипаносом этот «кэп» гипермодифицирован — с гораздо большим числом изменений, чем у других организмов.
«Поскольку у трипаносом особая структура РНК-кэпа, нам также было интересно, как именно комплекс взаимодействует с этим кэпом и молекулой РНК в целом», — добавила Ева Ковалински, руководитель группы EMBL и главный исследователь проекта.
С помощью структур cryo-EM учёные выявили взаимодействие комплекса со структурой РНК-кэпа. Эксперименты по связыванию также указали на второе, новое, место связывания РНК в комплексе.
«Мы проверили это наблюдение и установили, что одна из гибко связанных субъединиц, чья функция ранее была неизвестна, специфически связывает двуцепочечные РНК», — объяснила Хана Петржилкова, научный сотрудник лаборатории.
Потенциальная мишень и будущие исследования
Поскольку комплекс жизненно важен для паразита, но сильно отличается от человеческого, он может стать мишенью для будущих лекарств.
«Это направление сейчас исследует аспирант в моей группе», — добавила Ковалински.
Кроме того, данные о комплексе лягут в основу полного понимания биогенеза и обработки РНК у Trypanosoma brucei (T. brucei). Помимо влияния на здоровье людей и животных, T. brucei также используется как модельный организм для изучения происхождения эукариотической жизни и эволюции.
Ковалински также планирует изучить обработку mRNA у трипаносом через механизм trans-сплайсинга. Trans-сплайсинг перспективен как молекулярный инструмент для редактирования РНК — нового подхода в генной терапии, который сейчас тестируется в различных клинических испытаниях.