Wissenschaftler der Universität Uppsala haben Kryo-Elektronenmikroskopie verwendet, um Details des Proteinsynthesemechanismus im Parasiten Giardia intestinalis aufzudecken, der Durchfallerkrankungen verursacht. Die neuen Erkenntnisse könnten für das Screening spezifischer Medikamente gegen Giardia und andere einzellige Parasiten wertvoll sein.
Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist ein sehr leistungsfähiges Werkzeug, das es ermöglicht, zelluläre Maschinen mit großer Vergrößerung zu visualisieren. Der kryogene Aufbau verhindert eine Beschädigung und Verzerrung der biologischen Proben, wodurch die zellulären Prozesse als eine Reihe von Momentaufnahmen, jedoch mit molekularen Details, betrachtet werden können.
In den letzten Jahren war Kryo-EM maßgeblich daran beteiligt, die Schritte der Proteinsynthese in verschiedenen Arten, von Bakterien bis hin zum Menschen, aufzuklären. Es gab jedoch keine Kenntnisse über den Proteinsyntheseprozess in Protozoen, einer Gruppe einzelliger Organismen, die für Menschen und andere Säugetiere oft parasitär sind.
Die Uppsala-Wissenschaftlerin Professor Suparna Sanyal und ihre Teammitglieder, insbesondere Dr. Soneya Majumdar und Ph.D. Student Andrew Emmerich, nahm 2020 das herausfordernde Projekt auf, die Details der Proteinsynthese von Giardia intestinalis zu enträtseln.
Giardia ist ein wichtiges Forschungsthema, nicht nur, weil sie bei Säugetieren üblen Durchfall verursacht, sondern auch, weil sie als Modellsystem für viel gefährlichere einzellige Parasiten dient. In Zusammenarbeit mit dem Giardia-Experten Professor Staffan Svärd von der Universität Uppsala kultivierte die Forschungsgruppe Giardia und gereinigte native Ribosomen – die Proteinfabrik der Zelle. Sie richteten Kryo-EM-Gitter in der Einrichtung der Universität Uppsala ein und sammelten Kryo-EM-Daten im Umeå-Knoten der SciLifeLab-Einrichtung.
Nach zwei Jahren harter Arbeit konnten sie hochauflösende Strukturen von sechs verschiedenen Elongationszuständen der Giardia-Proteinsynthese auflösen. Diese neuartigen Strukturen könnten in einem Video zusammengesetzt werden, das sequentielle Veränderungen in der Ribosomenstruktur, die Bewegung der tRNAs und die Bindung und Freisetzung des Translationselongationsfaktors eEF2 zeigt – allesamt essentiell für die Proteinsynthese in Giardia und anderen Protozoen.
Darüber hinaus konnten Sanyal und Kollegen wichtige Unterschiede des Giardia-Ribosomes von bakteriellen und menschlichen Ribosomen entschlüsseln, was für das Screening spezifischer Medikamente gegen Giardia und andere Protozoen-Parasiten wertvoll sein könnte.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.
Mehr Informationen:
Soneya Majumdar et al, Einblicke in den Translokationsmechanismus und die Ribosomenentwicklung aus Kryo-EM-Strukturen von Translokationszwischenprodukten von Giardia intestinalis, Nukleinsäureforschung (2023). DOI: 10.1093/nar/gkad176