Vědcům se podařilo objasnit jedinečný molekulární mechanismus, který umožňuje bakteriím udržovat nezbytný tok genetické informace z DNA do RNA po celý život. Objevili tak nové možnosti pro vývoj nezbytných antimikrobiálních látek proti závažným patogenům, jako jsou látky proti tuberkulóze. Výsledky práce vědeckých týmů z Ústavu mikrobiologie a biotechnologie AV ČR ve spolupráci s francouzskou laboratoří EMBL publikoval renomovaný časopis Nature Communications.

Život vyžaduje plynulý tok genetické informace z DNA do RNA a z RNA do proteinů. RNA polymeráza je enzym, který je nezbytný pro zahájení tohoto procesu. Chcete-li přepsat genetickou informaci z DNA do zprávy RNA, musí se RNA polymeráza velmi pevně vázat na DNA. Někdy však polymeráza RNA nedokončí tuto transkripci, uvázne v nefunkční formě na DNA a musí být odstraněna, aby nedošlo ke kolizi s novým kolom transkripce. Pomocí kryogenní elektronové mikroskopie vědci popsali strukturu pozoruhodného komplexu mezi bakteriální RNA polymerázou a pomocným proteinem HeID, který dokáže odstranit nefunkční RNA polymerázu z DNA.

Obr. 1

Mistr v boxu HeID

Mechanismus odstraňování připomíná boxera v kruhu, kde HelD dvěma tahy vyrazí DNA z RNA polymerázy. HelD a RNA polymeráza pak zůstávají uvězněny společně – „hřebík“, ze kterého musí být uvolněny, aby mohlo začít další kolo transkripce. Český tým vedený Liborem Krásným (Mikrobiologický ústav AV ČR), Janem Dohnálekem (Biotechnologický ústav AV ČR) a Tomášem Koubou (EMBL, Grenobl) objevil tento mechanismus u mykobakterií – příčin tuberkulózy a dalších závažných onemocnění.

Obr. 2

„Vazba proteinu HelD na komplex RNA polymerázy poskytuje úchvatný pohled – je to molekulární„ záchyt “, který zcela odzbrojuje komplex nezbytný pro existenci patogenních bakterií,“ říká Jan Dohnálek. „To otevírá cestu inhibici patogenů pomocí této nově získané strukturní a funkční informace,“ dodává Libor Krásný. Současně a nezávisle byl tento mechanismus popsán v půdní bakterii Bacillus subtilis vědeckou skupinou z Austrálie pod vedením Dr. Petera Lewise a konsorciem vědců z Německa, USA a Finska pod vedením Dr. Markuse Wahla.

 

Výzkum ukazuje na potenciální nové způsoby boje proti patogenům interferencí s HeID zprostředkovanou recyklací RNA polymerázy.

Obr. 1: Komplex proteinu HelD a RNA polymerázy, části proteinu HelD, jsou zobrazeny červenou, žlutou, zelenou, modrou, oranžovou a hnědou. Ilustrace: Tomáš Kouba, EMBL Grenobl, Jan Dohnálek, Biotechnologický ústav
Akademie věd České republiky.

Obr. 2: Komplex RNA polymerázy a proteinu HelD z Mycobacterium smegmatis
Ilustrace: Peter Lewis, University of Newcastle, Austrálie

Odkaz na článek v Nature Communication: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20158-4