UreG to molekularny chaperon, który działa w aktywacji ureazy, enzymu zależnego od niklu, wymaganego przez wiele patogennych bakterii i grzybów do zakażenia gospodarza. UreG spełnia wiele zadań, działając również jako enzym GTPazy, współpracując z innymi białkami opiekuńczymi w celu kierowania energii z hydrolizy GTP w celu dostarczenia jonów niklu niezbędnych do aktywacji ureazy, odgrywając w ten sposób kluczową rolę w ekosystemie komórkowym i szlaku homeostazy metali.
W przełomowym badaniu dr Elisabetta Mileo z BIP Laboratory (Uniwersytet w Aix Marseille i CNRS) oraz profesor Barbara Zambelli z Wydziału Farmacji i Biotechnologii (Uniwersytet w Bolonii), wraz z profesorami Valérie Belle, profesorem Bruno Guigliarellim, dr Emilienem Etienne, dr Guillaume Gerbaud, Hugo Leguenno, Ketty Tamburrini i Annalisą Pierro z Aix Uniwersytecie w Marsylii odkryli dynamiczne zachowanie białka GTPazy UreG w żywych komórkach bakteryjnych. Stanowi to poważny krok w naszym zrozumieniu funkcji białek w ich naturalnym środowisku. Ich badania, opublikowane w cenionym czasopiśmie iScience, wyjaśniają, w jaki sposób białko UreG, niezbędne do aktywacji enzymu ureazy w bakteriach, wykazuje niezwykłą elastyczność w walce fizjologicznej, która może mieć kluczowe znaczenie dla jego aktywności enzymatycznej.
Wcześniej rola UreG jako białka opiekuńczego we wspomaganiu aktywacji enzymów zależnych od niklu, takich jak ureaza, została dobrze udokumentowana w badaniach in vitro, które wykazały elastyczne zachowanie tego enzymu w roztworze. Dane te popychają wiedzę do przodu dzięki zastosowaniu ukierunkowanego na miejsce znakowania spinowego w połączeniu ze spektroskopią elektronowego rezonansu paramagnetycznego (SDSL-EPR) w celu bezpośredniej obserwacji zachowania UreG wewnątrz żywych komórek.
Dr Zambelli podkreślił znaczenie badania, stwierdzając: „Odkrycia pokazują, że UreG utrzymuje zróżnicowany krajobraz strukturalny w komórceistniejący w zespole konformacyjnym dwóch głównych populacji wykazujących właściwości albo losowe, podobne do cewek, albo zwarte. Odkrycia te potwierdzają fizjologiczne znaczenie z natury nieuporządkowanej natury UreG i sugerują rolę elastyczności białka dla tego konkretnego enzymu, prawdopodobnie związaną z regulacją szerokich interakcji białek w dostarczaniu jonów metali”.
Naukowcy wykorzystali innowacyjne techniki, aby zbadać zachowanie białka UreG w środowisku komórkowym. „W komórce Eksperymenty EPR przeprowadzono najpierw poprzez znakowanie białka będącego przedmiotem zainteresowania, wytwarzanego w drodze ekspresji rekombinacyjnej, a następnie dostarczanie go do komórek” – wyjaśnił dr Mileo. Na potrzeby tego badania zaadaptowano protokół dostarczania obejmujący jony wapnia i krótki szok termiczny (inkubacja w temperaturze 42°C), ułatwiając optymalną internalizację białka, która zachowała żywotność komórek.
Badanie to nie tylko podkreśla wewnętrzne zaburzenie i elastyczność białka UreG, ale także oznacza znaczący postęp metodologiczny w badaniu białek w ich natywnym kontekście komórkowym. „Zastosowanie znaczników spinowych na bazie nitroksydu umożliwiło analizę EPR w temperaturze pokojowej, czyli w warunkach zgodnych z życiem badanych komórek” – dodał dr Mileo, podkreślając zdolność tej metody do obserwacji białek w ich naturalnym środowisku bez szkody dla zdrowia komórek. Wykorzystując zaawansowaną spektroskopię SDSL-EPR, zespoły badawcze dostarczyły cennych informacji na temat krajobrazu konformacyjnego UreG, przygotowując podwaliny pod przyszłe wysiłki mające na celu rozwikłanie skomplikowanych mechanizmów leżących u podstaw funkcji białek w żywych komórkach. Badania te nie tylko pogłębiają naszą wiedzę na temat dynamiki białek, ale także otwierają nowe ścieżki rozwoju terapii celowanych i zastosowań biotechnologicznych w celu odkrywania nowych leków i cząsteczek przeciwdrobnoustrojowych.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Annalisa Pierro i wsp., „Badanie wewnątrzkomórkowego krajobrazu konformacyjnego GTPazy UreG metodą SDSL-EPR”, iScience, 2023.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107855.
O AUTORZE
Barbarę Zambelli – profesor nadzwyczajny od 2021 r., wcześniej adiunkt na UniBO od 2008 r. Jej działalność badawcza ma na celu zrozumienie, na poziomie molekularnym i strukturalnym, interakcje białek kierowane metalami które w układach biologicznych odpowiadają za regulację procesów metabolicznych ważnych dla życia. W szczególności jej główne kierunki badawcze dotyczą metabolizmu komórkowego nikiel i jego wpływ na zdrowie ludzkiez możliwymi zastosowaniami medycznymi i farmaceutycznymi.
Elżbieta Mileo jest badaczem CNRS w laboratorium „Bioénergétique et Ingénierie des Protéines” (BIP) w Marsylii we Francji. Jest chemikiem i spektroskopistą z doświadczeniem w syntezie i zastosowaniu rodników nitroksydowych jako znaczników spinowych w biologii strukturalnej. Działalność badawcza E. Mileo koncentruje się głównie na badaniu dynamiki strukturalnej białek, w szczególności białek opiekuńczych i innych elastycznych białek, w celu uzyskania informacji na temat wpływu dynamiki białek na funkcję białek. Oryginalność jej pracy polega na tym, że badanie białek metodą SDSL-EPR odbywa się bezpośrednio wewnątrz komórek (w komórce EPR), w warunkach fizjologicznych. Jej badania mają również na celu opracowanie nowych narzędzi i nowych znaczników spinowych umożliwiających śledzenie białek „w akcji” za pomocą EPR bezpośrednio do żywych komórek.
