La tapa 5 'es un sello distintivo de los ARNm eucariotas que gobiernan el inicio de la traducción. a, Pasos clave en el inicio de la traducción. El factor de iniciación de la traducción eucariota eIF4E se une directamente a la tapa 5 '. El complejo heterotrimérico eIF4F se ensambla en la tapa 5 ', lo que lleva a la unión de la subunidad ribosómica 40S, el ensamblaje del ribosoma 80S eucariótico y el inicio de la traducción. b, ARNm eucariótico que presenta la estructura cap 0 con un sitio de reconocimiento para eIF4E, el sitio utilizado para la modificación química en este estudio y el primer nucleótido transcrito. c, Estructura de eIF4E, destacando las interacciones moleculares para el reconocimiento de cap 0. d, El concepto de FlashCaps para traducción inducida por luz. Un solo grupo fotoescindible (triángulo rojo) en la tapa 0 perjudica la unión a eIF4E. Los FlashCaps son compatibles con los protocolos de rutina para la transcripción y la transfección. Después de la desprotección inducida por la luz, el ARNm nativo con un casquete 0 en 5′ se libera y se traduce. UTR, región no traducida; PABP, proteína de unión a poli(A); ORF, marco de lectura abierto. Crédito:Química de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41557-022-00972-7
Un equipo de investigadores del Instituto de Bioquímica de la Universidad de Münster descubrió que mediante el uso de los llamados FlashCaps podían controlar la traducción del ARNm por medio de la luz. Los resultados han sido publicados en Nature Chemistry .
El ADN (ácido desoxirribonucleico) es una larga cadena de moléculas compuesta de muchos componentes individuales y forma la base de la vida en la Tierra. La función del ADN es almacenar toda la información genética. La traducción de esta información genética en proteínas, que un organismo necesita para funcionar, desarrollarse y reproducirse, se realiza a través del ARNm (ácido ribonucleico mensajero). El ADN se transcribe en ARNm y el ARNm, a su vez, se traduce en proteínas (biosíntesis de proteínas). En otras palabras, el ARNm funciona como portador de información. Bioquímicos de la Universidad de Münster han desarrollado ahora una nueva herramienta bioquímica que puede controlar la traducción del ARN con la ayuda de la luz. Estos llamados FlashCaps permiten a los investigadores controlar una variedad de procesos en las células tanto espacial como temporalmente y, como resultado, determinar las funciones básicas de las proteínas.
Antecedentes y método utilizado
Las funciones de una célula dependen de moléculas especiales:las enzimas. Las enzimas son proteínas que intervienen en las reacciones químicas de la célula. Ayudan a sintetizar productos metabólicos, hacer copias de moléculas de ADN, preparar energía para las actividades de una célula, modificar el ADN y degradar ciertas moléculas. Para desarrollar una herramienta que permita a los científicos determinar no solo qué enzimas cumplen qué funciones, sino también qué sucede cuando solo se activan en ciertas áreas, el equipo de investigadores dirigido por el profesor Andrea Rentmeister del Instituto de Bioquímica de la Universidad de Münster Utilizaron FlashCaps sintetizados químicamente. Los FlashCaps están equipados con un llamado grupo protector fotolábil (grupos químicos que pueden eliminarse mediante la irradiación con luz) y se incorporan al ARNm durante la síntesis del ARN.
Lo especial de esta estrategia es que aquí, a diferencia de otros estudios, no es necesario que se produzca ninguna modificación de la secuencia del ARNm. Todo lo que se requiere es la incorporación de una pequeña molécula (FlashCap) para bloquear casi por completo la traducción de un ARNm largo. Después de la irradiación con luz, se vuelve al ARNm natural, sin modificaciones. "Al usar nuestros FlashCaps", explica Nils Klöcker, uno de los autores principales del estudio y Ph.D. estudiante del Instituto de Bioquímica, "ahora es posible que todos los laboratorios del mundo activen cualquier ARNm de interés con luz sin ningún paso adicional".
Por medio de una elaborada síntesis química orgánica, el equipo de investigadores de Münster pudo desarrollar FlashCaps, una molécula para controlar la traducción del ARNm por medio de la luz. Demostraron que esta estrategia inhibe efectivamente la traducción y, después de la irradiación con luz en las células, la reactiva. La diferencia entre este enfoque y otras estrategias no es solo que los FlashCaps pueden ser utilizados por todos los laboratorios, sin que sea necesaria ninguna experiencia especial o protocolos especiales o modificaciones, sino también que el ARNm, después de ser irradiado, existe en su estructura natural, que facilita el estudio de los procesos naturales en las células.
En su trabajo, los investigadores demostraron que podían usar FlashCaps para controlar con éxito la traducción del ARNm por medio de la luz. Demostraron esto para cuatro ARNm diferentes en dos líneas celulares diferentes. "Esto representa un progreso significativo al permitir que otros investigadores tengan control espacial y temporal sobre la traducción del ARNm que están investigando", dice Florian Weissenböck, también del Instituto de Bioquímica. "FlashCaps tiene el potencial de ampliar la gama de métodos utilizados en todos los laboratorios de ARNm". La creación de ARNm con un proceso totalmente químico puede permitir vacunas de ARNm personalizadas
