Ekipi hulumtues i pari për të zhvilluar strukturën 3D të proteinës vezulluese

Studiuesit nga Instituti Kombëtar i Shëndetit kanë zhvilluar një strukturë tre-dimensionale që u lejon atyre të shohin se si dhe ku mutacionet e sëmundjes në proteinën vezulluese mund të çojnë në sëmundje mitokondriale. Proteina është e përfshirë në ndihmën e qelizave që të përdorin energjinë që trupat tanë e shndërrojnë nga ushqimi. Para zhvillimit të kësaj strukture 3D, studiuesit kishin vetëm modele dhe nuk ishin në gjendje të përcaktonin se si këto mutacione kontribuojnë në sëmundje. Sëmundjet mitokondriale janë një grup sëmundjesh të trashëguara që prekin 1 në 5000 njerëz dhe kanë shumë pak trajtime.

“Për herë të parë, ne mund të hartojmë mutacionet që po shkaktojnë një numër të këtyre sëmundjeve shkatërruese,” tha autorja kryesore Amanda A. Riccio, Ph.D., dhe studiuese në Institutin Kombëtar të Shkencave të Shëndetit Mjedisor (NIEHS) ADN Mitokondriale. Replication Group, i cili është pjesë e NIH. “Klinikët tani mund të shohin se ku qëndrojnë këto mutacione dhe mund ta përdorin këtë informacion për të ndihmuar në përcaktimin e shkaqeve dhe për të ndihmuar familjet të bëjnë zgjedhje, duke përfshirë vendimet për të pasur më shumë fëmijë.”

Gjetjet e reja do të jenë veçanërisht të rëndësishme për zhvillimin e trajtimeve të synuara për pacientët që vuajnë nga sëmundje mitokondriale si oftalmoplegjia e jashtme progresive, një gjendje që mund të çojë në humbjen e funksioneve të muskujve të përfshirë në lëvizjen e syve dhe qepallave; Sindroma Perrault, një çrregullim i rrallë gjenetik që mund të shkaktojë humbje të dëgjimit; ataksi spinocerebellar me fillimin infantil, një çrregullim neurologjik i trashëguar; dhe sindroma e varfërimit të ADN-së mitokondriale hepatocerebrale (mtDNA), një sëmundje trashëgimore që mund të çojë në dështim të mëlçisë dhe komplikime neurologjike gjatë foshnjërisë.

Punimi që shfaqet në Procedurat e Akademisë Kombëtare të Shkencave tregon se si studiuesit e NIEHS ishin të parët që hartuan me saktësi variantet klinikisht të rëndësishme në helikazën vezulluese, enzimën që hap spiralen e dyfishtë të ADN-së mitokondriale. Struktura vezulluese dhe të gjitha koordinatat janë tani të disponueshme në Bankën e të Dhënave të Proteinave të të dhënave të hapura që është e disponueshme falas për të gjithë studiuesit.

“Struktura e vezullimit u ka shpëtuar studiuesve për shumë vite. Është një proteinë shumë e vështirë për të punuar me të,” vuri në dukje William C. Copeland, Ph.D., i cili drejton Grupin e Replikimit të ADN-së Mitokondriale dhe është autori përkatës në punim. “Duke stabilizuar proteinën dhe duke përdorur pajisjet më të mira në botë, ne ishim në gjendje të ndërtonim pjesën e fundit që mungonte për replizomin e ADN-së mitokondriale njerëzore.”

Studiuesit përdorën mikroskopinë krio-elektronike (CryoEM), e cila i lejoi ata të shihnin brenda proteinës dhe strukturat e ndërlikuara të qindra aminoacideve ose mbetjeve dhe se si ato ndërveprojnë.

Mitokondritë, të cilat janë përgjegjëse për prodhimin e energjisë, janë veçanërisht të ndjeshme ndaj mutacioneve. Mutacionet e mtADNA mund të prishin aftësinë e tyre për të gjeneruar energji në mënyrë efikase për qelizën. Ndryshe nga strukturat e tjera të specializuara në qeliza, mitokondritë kanë ADN-në e tyre. Në bërthamën e një qelize ka dy kopje të secilit kromozom, megjithatë në mitokondri mund të ketë mijëra kopje të mtDNA. Pasja e një numri të lartë të kromozomeve mitokondriale i lejon qelizës të tolerojë disa mutacione, por grumbullimi i shumë kopjeve të mutuara çon në sëmundje mitokondriale.

Për të kryer studimin, studiuesit përdorën një mutacion klinik, W315L, i njohur për të shkaktuar oftalmoplegji të jashtme progresive, për të zgjidhur strukturën. Duke përdorur CryoEM, ata ishin në gjendje të vëzhgonin mijëra grimca proteinash që shfaqen në orientime të ndryshme. Struktura përfundimtare tregon një rregullim rrethor me shumë proteina. Ata përdorën gjithashtu spektrometrinë e masës për të verifikuar strukturën dhe më pas bënë simulime kompjuterike për të kuptuar pse mutacioni rezulton në sëmundje.

Brenda vezullimit, ata ishin në gjendje të hartonin deri në 25 mutacione që shkaktojnë sëmundje. Ata zbuluan se shumë prej këtyre mutacioneve të sëmundjes hartohen pikërisht në kryqëzimin e dy nën-njësive proteinike, duke sugjeruar që mutacionet në këtë rajon do të dobësonin mënyrën se si nën-njësitë ndërveprojnë dhe do ta bënin helikazën të paaftë të funksionojë.

“Rregullimi i vezullimit është shumë si një enigmë. Një mutacion klinik mund të ndryshojë formën e pjesëve të vezullimit dhe ato mund të mos përshtaten më së bashku siç duhet për të kryer funksionin e synuar,” shpjegoi Riccio.

“Ajo që është kaq e bukur për Dr. Riccio dhe punën e ekipit është se struktura ju lejon të shihni kaq shumë prej këtyre mutacioneve të sëmundjes të mbledhura në një vend,” tha Matthew J. Longley, Ph.D., një autor dhe studiues i NIEHS. “Është shumë e pazakontë të shohësh një dokument që shpjegon kaq shumë mutacione klinike. Falë kësaj pune, ne jemi një hap më afër të kemi informacion që mund të përdoret për të zhvilluar trajtime për këto sëmundje dobësuese.”