O duplo mecanismo de dedos de zinco e regiões desordenadas

As proteínas de ligação ao RNA usam um mecanismo de ligação dupla envolvendo domínios de dedo de zinco (ZNF) e regiões intrinsecamente desordenadas (IDR), relata um novo estudo do Instituto de Ciência, Tóquio, Japão.

Usando modelagem molecular avançada, o estudo analisa um complexo “proteína FUS-RNA”-revelando como a proteína usa seu domínio ZNF para reconhecimento de sequência de RNA e seu domínio IDR flexível para suas interações não específicas. Essa estratégia inovadora é provavelmente comum à ligação ao ácido nucleico, oferecendo novas idéias sobre a ciência molecular.

As proteínas que podem se ligar a ácidos nucleicos desempenham um papel crítico em vários aspectos da regulação gênica, desde a replicação e reparo do DNA até o processamento e a tradução do RNA.

Compreender como essas proteínas reconhecem e interagem com os ácidos nucleicos é a chave para decifrar o mecanismo subjacente de como as células regulam a expressão gênica e se adaptam às mudanças nos ambientes.

Embora a maioria dessas proteínas envolva domínios bem estruturados e regiões flexíveis e intrinsecamente desordenadas (IDRs), como esses domínios funcionam juntos na ligação de RNA de proteína permanece incerta.

Um exemplo notável é a proteína “fundida na sarcoma” (FUS), uma proteína bem conhecida de ligação ao RNA envolvida na regulação gênica e nas doenças neurodegenerativas. Embora amplamente estudado, seu mecanismo de ligação exato permanece pouco compreendido.

Para superar essa lacuna, o professor Akio Kitao e o Ph.D. O aluno Soichiro Kijima, da Escola de Ciência e Tecnologia da Vida do Instituto de Ciência Tóquio (Science Tóquio), Japão, empregou simulações moleculares para analisar as interações entre as sequências de proteína Fus e RNA.

Os resultados foram publicados no Journal of Chemical Info and Modeling.

A proteína Fus possui uma estrutura distinta com um tipo de ligação a RNA de fita simples bem estruturada dedo de zinco (Znf) Domínio seguido de regiões proteicas longas desordenadas conhecidas como IDRs.

Os ZNFs são pequenos domínios proteicos que contêm íons de zinco e são os domínios de ligação ao ácido nucleico mais comuns em eucariotos.

Usando uma combinação de dinâmica molecular e técnicas de amostragem aprimoradas, a equipe simulou como a proteína FUS interage com uma fita de RNA curta contendo uma sequência alvo conhecida (GGU).

Seus resultados revelaram dois modos de ligação distintos: um envolvendo apenas a região de Znf estruturada e um segundo modo mais estável, onde o domínio Znf e a região desordenada interagem com a cadeia de RNA.

“Observamos que o domínio Znf estruturado reconhece sequências específicas de RNA, mas por si só, ele se liga apenas fracamente”, explica Kitao. “Surpreendentemente, foi o IDR desordenado que aumenta essa interação”.

De acordo com as descobertas, a região IDR desordenada se liga ao RNA de maneira não específica através de interações baseadas em carga com grupos fosfatosdiminuindo a constante de dissociação em duas vezes.

Essas interações são independentes das seqüências e aumentam a afinidade geral de ligação da proteína. Além disso, observou-se que essas regiões de IDR flexíveis causam distorção do spine do RNA, o que estabiliza ainda mais a interface proteína-RNA. O efeito combinado do ZNF e IDR resulta em uma estrutura mais rigorosa, que é quase 10 vezes mais forte que o ZNF sozinho.

Com base nisso, os pesquisadores também conduziram análise de sequência adicional de outras proteínas contendo IDRs, o que sugeriu que esse mecanismo de ligação cooperativa pode ser mais comum do que o conhecido anteriormente.

“Nossas descobertas sugerem que os IDRs não são apenas ligantes passivos”, observa Kitao. “Eles contribuem ativamente para o mecanismo de ligação ao RNA e podem ter implicações mais amplas na ciência molecular”.

No geral, o estudo fornece uma nova estrutura para mapear como as proteínas de ligação ao ácido nucleico atingem a especificidade e a flexibilidade, o que é crítico na regulação gênica. Ele também abre avenidas emocionantes para o design de medicamentos com reconhecimento de modo duplo para sensação e direcionamento de genes aprimorados para biomoleculares.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam explorar se esse mecanismo opera em outras proteínas envolvidas no metabolismo do RNA e como as modificações pós-traducionais das regiões desordenadas podem afetar a dinâmica de ligação-a aprofundando nossa compreensão dos mecanismos moleculares.