Rola ludzkiej PNPazy w mitochondrialnym metabolizmie RNA
26 11 2024
Mitochondria, pełniące rolę małych „elektrowni”, są niezbędne dla niemal każdej ludzkiej komórki do prawidłowego funkcjonowania. Zaburzenia pracy tych organelli wiążą się z licznymi schorzeniami, między innymi z chorobami nowotworowymi i neurodegeneracyjnymi, oraz nieprawidłowymi reakcjami zapalnymi. Niektóre potrzebne mitochondriom do prawidłowego działania białka muszą zostać do nich zaimportowane. Jednym z takich białek jest fosforylaza polinukleotydowa (hPNPaza), występujący u wielu organizmów enzym degradujący RNA. Zmutowane warianty hPNPazy znajdowane są u ludzi z różnymi zaburzeniami, głównie neurologicznymi, co podkreśla znaczenie tego białka w regulacji metabolizmu mitochondriów. Część PNPazy zlokalizowana jest w macierzy mitochondrialnej, gdzie współdziała z innym białkiem, helikazą Suv3, w niszczeniu zbędnego RNA. Jednakże większość ludzkiej PNPazy znajduje się w przestrzeni międzybłonowej mitochondriów (IMS), obszarze pomiędzy dwiema membranami otaczającymi macierz mitochondrialną, gdzie jej rola jest zagadkowa.
dr Katarzyna Bandyra, fot. Michał Łepecki
Z PNPazą zaznajomiona jestem od dawna, gdyż badałam funkcje tego enzymu w bakteriach. Od wielu lat znana jest rola PNPazy w degradacji i procesowaniu bakteryjnego RNA. Natomiast ja odkryłam, że bakteryjna PNPaza może tworzyć kompleks z innym białkiem i RNA, przez co jej funkcja zmienia się o 180 stopni i zamiast degradować RNA zaczyna go chronić. W ten sposób jeden enzym, którego podstawową funkcją jest niszczenie RNA, w określonych warunkach działa również jako jego białko opiekuńcze. Ludzka i bakteryjna PNPaza są bardzo podobne pod względem sekwencji i struktury, więc istnieje możliwość, że mają podobne funkcje.
W moich badaniach koncentruję się na zrozumieniu funkcji ludzkiej PNPazy w przestrzeni międzybłonowej mitochondriów, kierując się hipotezą, że ludzka PNPaza mogłaby chronić RNA podobnie jak bakteryjna, co byłoby możliwym wyjaśnieniem jej roli w IMS. Przełączenie aktywności hPNPazy mogłoby następować w obecności specjalnego rodzaju RNA, którego hPNPaza nie mogłaby zniszczyć, lub innego białka i RNA, podobnie jak to przebiega u bakterii, natomiast w macierzy mitochondrialnej hPNPaza współdziałając z białkiem Suv3 degradowałaby RNA. W ten sposób poprzez fizyczne rozdzielenie puli hPNPazy w dwóch różnych lokalizacjach te dwie jej aktywności mogłyby wspomagać optymalne funkcjonowanie mitochondriów.
dr Katarzyna Bandyra, fot. Michał Łepecki
W celu sprawdzenia, czy ludzka PNPaza może pełnić dwie różne funkcje w mitochondriach, przeprowadzam eksperymenty z zakresu biochemii, biofizyki oraz biologii molekularnej i strukturalnej. Ich celem jest określenie, czy poza degradacją RNA hPNPaza funkcjonuje jako białko regulatorowe zależne od RNA, które chroni RNA np. podczas transportu do czy z mitochondriów. Poza analizą właściwości samej hPNPazy, opracowuję metodę uzyskania informacji o innych białkach i cząsteczkach RNA oddziałujących z hPNPazą bezpośrednio w komórkach ludzkich. W tym celu izoluję mitochondria i rozdzielam je na frakcje, które odpowiadają IMS lub macierzy, a następnie przeprowadzam eksperymenty typu pull-down aby porównać partnerów białkowych i RNA hPNPazy w różnych lokalizacjach. Ponadto będę analizować zidentyfikowane białka i RNA in vitro pod kątem tworzenia kompleksów z hPNPazą, a najbardziej stabilne kompleksy zostaną zbadane przy użyciu mikroskopii krioelektronowej, techniki, która pozwala uzyskać precyzyjną trójwymiarową strukturę analizowanych próbek. Badania te pomogą zrozumieć rolę ludzkiej PNPazy w przestrzeni międzybłonowej mitochondriów i stanowią wstęp do długoterminowego planu badań, który być może przyczyni się do rozwoju terapii genowych chorób mitochondrialnych.
Pełny tytuł finansowanego projektu: Badania strukturalne i funkcjonalne roli ludzkiej PNPazy w mitochondrialnym metabolizmie RNA
dr Katarzyna Bandyra
Ukończyła studia magisterskie na Uniwesytecie Warszawskim na kierunku Biotechnologia, ze specjalizacją w biologii molekularnej. Studia doktoranckie odbyła na Wydziale Biochemii Uniwersytu Cambridge, gdzie zafascynowała się biologią strukturalną. Po ukończeniu studiów kontynuowała pracę na Uniwersytecie Cambridge wykorzystując kriomikroskopię elektronową (cryoEM), dynamicznie rozwijającą się technikę, która pozwoliła na wgląd w różne makromolekularne kompleksy będące do tej pory poza zasięgiem badań z zakresu biologii strukturalnej. W 2021 roku wróciła do Polski ze swoim własnym programem badawczym, w którym wykorzystuje cryoEM do badania białek i ich kompleksów z RNA.
Źródło: www.ncn.gov.pl