Se determina la estructura del ribosoma eucariota

Los ribosomas es una de las maquinarias celulares más importantes ya que tienen la función de traducir los genes en proteínas, las cuales llevarán a cabo las infinitas funciones que comprenden la vida. Sin embargo, hasta el momento no se ha podido determinar la estructura 3D de los ribosomas de las células eucariotas (las células que conforman desde las plantas y animales hasta los hongos y amebas).

Si bien ya se conoce la estructura 3D de los ribosomas de las bacterias, es más, sus investigadores ganaron el Premio Nobel de Química el año pasado, los ribosomas de las eucariotas aún siguen siendo elusivos debido a su gran complejidad. A diferencia de los ribosomas procariotas que tienen dos subunidades: 50S y 30S, los ribosomas eucariotas, también tienen dos subunidades, pero una de 60S (subunidad mayor) y otra de 40S (subunidad menor).

S: Es una unidad de medida para los componentes del ribosoma que se basa en la sedimentación de una partícula al ser sometida a una ultracentrifugación.

La subunidad mayor está conformada por tres ARN ribosomales (ARNr) de 25S, 5.8S y 5S, y 46 proteínas; mientras que la subunidad menor está formado sólo por un ARNr de 18S y 33 proteínas. Esto hace que el ribosoma eucariota sea un 40% grande que el ribosoma procariota.

Los modelos del ribosoma eucariota que se tenían hasta el momento fueron hechos gracias a las imágenes capturadas con una técnica llamada criomicroscopía electrónica (cryo-EM). Esta técnica permitió obtener la estructura 3D con una resolución de entre 6.1 y 15 Angstroms (Å = 10^-10 metros). Sin embargo, esta resolución no es muy buena como pare revelar los detalles más relevantes de una molécula, como los sitios activos y los dominios de unión a otras moléculas o al ADN.

Sin embargo, el día de hoy Adam Ben-Shem y colaboradores del Instituto de Genética y Biología  Molecular de la Universidad de Estrasburgo pudieron cristalizar el ribosoma de la levadura Saccharomyces cerevisiae y determinar su estructura 3D, usando la técnica de cristalografía de rayos X (la técnica más usada en la determinación de estructuras proteicas) con una resolución de 4.15Å. Los resultados fueron publicados en la revista Science.

Tal como los investigadores mencionan, lo más difícil fue cristalizar el ribosoma. El sólo hecho de cristalizar una simple proteína es sumamente costoso y complejo, imagínense cristalizar una estructura con más de 70 proteínas y 4 tipos diferentes de ARNr.

Lo que hicieron fue primero quitarle el nutriente (glucosa) al medio de cultivo donde se desarrollaba la levadura. Una vez sometidas a una “ligera” inanición, la traducción de proteínas se detiene y los ribosomas pueden ser purificados libres de ARN mensajeros y ARN de transferencia. Una vez purificadas las sometieron a un tratamiento con agentes deshidratantes, ya que las moléculas de agua pueden interferir con la difracción de los rayos X, modificando la estructura obtenida. Luego le añadieron unos iones de osmio los cuales mejoran la difracción, de esta manera lograron obtener una resolución de 4.15Å.

Ben-Shem et al. lograron capturar el ribosoma en un estado denominado “trinquete”, el cual se caracteriza por permitir el paso del ARN mensajero en una sola dirección, justo en el momento que se va a dar el enlace peptídico entre la proteína en formación y el nuevo aminoácido que llega a unirse. Según observaron los investigadores, la manera en que se da la translocación (movimiento del ribosoma sobre el ARN mensajero para leer la siguiente secuencia) es mediante un giro de la subunidad 40S con respecto a la subunidad 60S.

Conocer la estructura 3D del ribosoma es de vital importancia para poder entender como se lleva a cabo uno de los procesos más importantes de todos los seres vivos: la formación de proteínas. Se sabe que los ribosomas eucariotas funcionan de manera diferente a los ribosomas procariotas porque, los ribosomas eucariotas deben reconocer la “capucha” que se forma en uno de los extremos del ARN mensajero, el cual se ubica mucho antes de la secuencia que codifica el inicio de la traducción. En las bacterias, los ribosomas reconocen una secuencia de nucleótidos conservada, llamada secuencia de Shine-Delgarno.

Conocer como funciona los ribosomas eucariotas también permitiría diseñar nuevas drogas que sean capaces de bloquear, de manera específica, los ribosomas de parásitos humanos como las larvas de la mosca Tse-Tse, causante de la enfermedad del sueño, o al Plasmodium falciparum causante de la malaria. Sin embargo, aún faltaría determinar la estructura de ribosoma en diferentes estadíos en el proceso de traducción, así como su acción en presencia de otras moléculas que regulan el proceso ya sea inactivándolo o potenciándolo.

A pesar del gran avance en el entendimiento de la estructura del ribosoma eucariota, muchos expertos en el tema, entre ellos el profesor Nenad Ban, opinan que Ben-Shem se precipitó al publicar sus resultados como “la estructura” del ribosoma, ya que para ser considerada como tal, la resolución debe ser menor a 4Å.

El equipo de Nenad Ban del Instituto de Biología Molecular y Biofísica del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich, también están trabajando en la estructura del ribosoma eucariota pero con una resolución de 3Å. Sus resultados estarán siendo publicados dentro de seis meses a un año.

Referencias:

Ben-Shem, A., Jenner, L., Yusupova, G., & Yusupov, M. (2010). Crystal Structure of the Eukaryotic Ribosome Science, 330 (6008), 1203-1209 DOI: 10.1126/science.1194294