La estructura de la enzima crítica del punto de control de control de calidad que supervisa la producción de miles de glicoproteínas secretadas se ha resuelto mediante un fructífero esfuerzo de colaboración en Diamond Light Source. El estudio, publicado recientemente en PNAS , descubrió que la enzima tenía una flexibilidad sorprendente que le permitía adaptar su conformación y sujetar las glucoproteínas de sus clientes.

Las glicoproteínas son un tipo abundante de proteínas que contienen azúcares conocidos como glicanos. Para asegurarse de que las glicoproteínas estén correctamente plegadas, deben ser examinados por una enzima de control de calidad conocida como UDP-glucosa:glicoproteína glucosiltransferasa (UGGT). Increíblemente, la enzima tiene la capacidad de verificar y detectar pliegues incorrectos en miles de proteínas de diferentes formas y tamaños, pero el mecanismo de esta impresionante hazaña aún no se ha revelado. Esta importante enzima se ha estudiado durante los últimos 25 años, pero su estructura ha eludido a todos los que han trabajado en ella hasta ahora.

Atraído por el desafío, Los académicos de la Universidad de Oxford y el Consejo Nacional de Investigación de Italia hicieron un esfuerzo concertado, junto con el personal de Diamond, para finalmente determinar la estructura y resolver el misterio de esta enigmática enzima. La estructura se resolvió con la ayuda de la línea de luz de Cristalografía Macromolecular (I04-1) y microscopía crioelectrónica (EM) en el Centro de Bioimagen de Electrones (eBIC) de última generación, ambos en Diamond.

El equipo vio que UGGT tenía siete subunidades en lugar de las cuatro que se esperaban de la secuencia, y que era muy flexible. Estas cualidades permitirían que la enzima fuera muy promiscua, ya que podría adaptar su conformación para ajustarse a las proteínas que controla. Estos fascinantes descubrimientos podrían facilitar el diseño de nuevos inhibidores de UGGT que podrían afectar el plegamiento de virus para tratar infecciones o podrían liberar proteínas activas y aún retenidas para tratar enfermedades congénitas raras.

Enzima esquiva

Las glicoproteínas constituyen una gran proporción del contenido de proteínas de las células. La mayoría de las proteínas secretadas están glicosiladas e incluso los virus secuestran esta vía para plegarse correctamente y propagar su infección. El gobernador crítico de la calidad de plegamiento de las glicoproteínas es UGGT, una enzima de 170 kDa que se encuentra en todos los eucariotas, desde levaduras hasta peces, aves y mamíferos. UGGT actúa como el guardián de las glucoproteínas al marcar las que están mal plegadas y evitar su liberación prematura del retículo endoplásmico. Aunque UGGT está muy extendido, su estructura y función ha eludido a los científicos durante 25 años. Su promiscuidad intrigante para controlar miles de glicoproteínas de diferentes formas y tamaños ha atraído mucha atención.

Científicos de la Universidad de Oxford, el Instituto de Ciencias de la Producción de Alimentos y el Instituto de Cristalografía del Consejo Nacional de Investigaciones, Italia, junto con un equipo del eBIC en Diamond se embarcó en un innovador estudio estructural para profundizar en el funcionamiento interno de UGGT.

Científico principal del esfuerzo conjunto y científico investigador de la Universidad de Oxford, Dr. Pietro Roversi, explicó su motivación:"Queríamos saber cómo UGGT podría estar a cargo de verificar la exactitud de las proteínas plegadas dado que son todas tan diferentes. Hay algunos objetivos muy importantes de UGGT, incluidas las proteínas inmunológicas y las que se retienen en enfermedades congénitas raras ".

UGGT resistente al calor

Una de las razones por las que la estructura de UGGT había eludido a los científicos durante tanto tiempo era su flexibilidad. Para superar este obstáculo, el equipo eligió sabiamente estudiar una forma de UGGT derivada de un hongo termófilo. Las proteínas de fuentes resistentes al calor a menudo pueden ser más rígidas, lo que significa que este tipo de UGGT era menos flexible y más susceptible a análisis estructurales que su contraparte humana.

Si bien la estructura cristalina fue resuelta por el Dr. Roversi en I04-1, un equipo de expertos de Diamond trabajó al mismo tiempo en el eBIC para resolver la estructura crio-EM.

Investigador principal del estudio y profesor de virología en la Universidad de Oxford, Nicole Zitzmann explicó sus hallazgos:"Vimos que UGGT estaba compuesto por más dominios de los anticipados, que no se podría haber predicho solo a partir de la secuencia. Había siete dominios en total:un dominio catalítico, dos β-sándwiches y cuatro dominios similares a la tiorredoxina ". Uno de los mayores descubrimientos fue la alta flexibilidad de UGGT, que si se deteriora impedía el funcionamiento de la enzima. Es esta flexibilidad la que le permite sujetar y adaptar su forma para comprobar su gran número de proteínas cliente.

Inhibición de UGGT

Además de ampliar nuestro conocimiento básico de cómo funciona esta importante proteína de control de calidad, el estudio podría dar lugar a nuevos inhibidores de UGGT. Se espera que antagonizar la UGGT pueda permitir el tratamiento de infecciones virales o trastornos congénitos raros de almacenamiento de proteínas. Otra aplicación importante podría ser mejorar los sistemas de expresión de proteínas en células eucariotas, por lo que aflojar el control que ejerce la UGGT podría aumentar los rendimientos de proteínas secretadas.

El Dr. Roversi describió los siguientes pasos para el estudio:"Queremos resolver la estructura en complejo con glucoproteínas del cliente mal plegadas, pero también queremos llevar a cabo biología celular básica para ver qué glucoproteínas patológicas proteínas UGGT tiene el poder de retener en el retículo endoplásmico, para que podamos determinar en qué enfermedades está implicada esta enzima ".