Pesquisadores liderados pela química Claudia Höbartner descobriram agora a estrutura 3D da enzima RNA SAMURI. Seu estudo fornece insights sobre o desenvolvimento de ribozimas e a evolução do RNA cataliticamente ativo.
As moléculas de RNA são parte integrante do corpo humano: nas células, garantem a transferência da informação genética e regulam a atividade dos genes. Alguns até atuam como catalisadores, permitindo a ocorrência de reações químicas que, de outra forma, ocorreriam muito lentamente ou nem ocorreriam. As enzimas feitas de RNA são chamadas de “ribozimas”.
Um grupo de pesquisadores liderado pela professora Claudia Höbartner da Universidade de Würburg (JMU) descobriu agora a estrutura tridimensional de uma ribozima muito especial: SAMURI. Esta é uma molécula de RNA gerada em laboratório que a equipe apresentou pela primeira vez em 2023. Os pesquisadores do Instituto de Química Orgânica conseguiram determinar a estrutura 3D do SAMURI usando cristalografia de raios X e em colaboração com o professor Hermann Schindelin do Centro Rudolf Virchow em Würzburg.
Pequenas mudanças com grande impacto
O que torna o SAMURI tão interessante para os investigadores é a sua capacidade muito especial: a ribozima pode modificar quimicamente outras moléculas de ARN num local específico e, assim, influenciar a sua função – por exemplo, ativá-las ou torná-las reconhecíveis por proteínas. Tais modificações têm algumas tarefas muito importantes na natureza e garantem que os RNAs possam desempenhar sua função adequadamente. Se ocorrerem erros nesta regulação, ou seja, se um RNA tiver muitas ou poucas alterações químicas, isso pode levar à falha de certos processos metabólicos.
“Podemos pensar nas moléculas de RNA como sentenças compostas por palavras e letras individuais (nucleosídeos)”, explica Höbartner. “As menores mudanças em pontos individuais – como a substituição de uma letra – podem mudar completamente o significado de uma palavra ou de toda a frase. Assim como a palavra “morcego” se torna “gato” ao mudar uma letra, descrevendo assim dois animais distintos com habilidades muito diferentes, é semelhante no nível celular: “Aqui, o RNA recebe a nova informação por natureza, fazendo pequenas alterações químicas nele. Na ciência, isso é chamado de modificação. As enzimas realizam uma reação química no RNA, usando uma molécula auxiliar chamada S'adenosilmetionina, ou SAM, abreviadamente, que é importante para muitos processos na célula.”
SAMURI também utiliza SAM para introduzir modificações no RNA. É emocionante notar que algumas moléculas naturais de RNA descobertas em bactérias também podem interagir com o SAM – mas sem catalisar a reação química. Esses RNAs são chamados riboswitches e não modificam quimicamente outros RNAs.
Graças à estrutura molecular decifrada do SAMURI, os pesquisadores podem agora responder melhor à questão de como a interação específica das ribozimas artificiais com o SAM difere dos riboswitches naturais. Estudos sugerem que o RNA de ligação ao SAM que ocorre naturalmente pode ser derivado de ribozimas anteriores que perderam a sua função catalítica durante a evolução”, diz Höbartner.
A pesquisa básica orienta o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas
O conhecimento da estrutura e função do RNA catalítico é importante para melhorar as ribozimas existentes e desenvolver novas. Por exemplo, seria importante para a investigação de modificações naturais do ARN – por exemplo, para visualizá-las, mas também para a sua utilização em ARN terapêuticos.
“Nossas descobertas poderiam, portanto, fornecer novas direções para o desenvolvimento de terapias baseadas em RNA”, diz Höbartner. “É concebível que ribozimas mais desenvolvidas possam um dia ser usadas como medicamentos.
Sobre o estudo
Estrutura e atividade catalítica da ribozima SAMURI que utiliza SAM. Hsuan-Ai Chen, Takumi Okuda, Ann-Kathrin Lenz, Carolin PM Scheitl, Hermann Schindelin e Claudia Höbartner. Publicado em 8 de janeiro de 2025. DOI: 10.1038/s41589-024-01808-w
