Los ARN de transferencia (ARNt) se encuentran entre los tipos más comunes de ARN en una célula y son indispensables para la producción de proteínas en todos los organismos conocidos. Tienen una importante función de « traducción »: determinan cómo la secuencia de ácidos nucleicos, en la que se codifica la información genética, se transcribe en una secuencia de aminoácidos a partir de la cual se construyen las proteínas.

Los ARN de transferencia se generan a partir de ARNt precursores (pre-ARNt), que se convierten en varios pasos en el ARNt maduro con una estructura tridimensional compleja. En algunos ARNt, esto incluye un paso en el que se extirpa una determinada sección, conocida como intrón. En los seres humanos, la endonucleasa de empalme de ARNt (TSEN) realiza esta tarea.

La enzima ARN quinasa CLP1, que se une directamente a TSEN, también desempeña un papel para garantizar la conversión correcta de los ARNt. Si TSEN y CLP1 no pueden interactuar entre sí debido a una mutación genética, parece que los tRNA tampoco pueden formarse correctamente. Las consecuencias de esto se ven a menudo en el desarrollo de trastornos neurodegenerativos. Uno de ellos es la hipoplasia pontocerebelosa, que provoca discapacidades graves y muerte prematura en la primera infancia. Este trastorno progresivo muy raro se manifiesta en un desarrollo anormal del cerebelo y la protuberancia, una parte del tronco encefálico.

Aunque la actividad de TSEN es esencial para la vida, hasta la fecha no estaba claro cómo se une la enzima a los pre-tRNA y cómo se eliminan los intrones. La falta de una estructura tridimensional de la enzima también dificultó la evaluación de los cambios desencadenados por mutaciones patogénicas específicas. Por medio de microscopía crioelectrónica (cryo-EM) realizada en las instalaciones de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg y del Instituto de Bioquímica de la Universidad Goethe de Frankfurt, investigadores dirigidos por el Dr. Simon Trowitzsch del Instituto de Bioquímica de la Universidad Goethe han ahora logró arrojar luz sobre la estructura tridimensional de un complejo TSEN/pre-tRNA.

Con la ayuda de sus reconstrucciones crio-EM, el equipo de investigación pudo mostrar por primera vez cómo interactúa TSEN con el pre-ARNt en forma de L. Luego, TSEN extirpa el intrón del brazo largo de la L. « Primero, TSEN se asienta en la esquina de la L. Luego puede reconocer tanto el brazo corto como el largo, así como el ángulo entre ellos », explica Trowitzsch.

La subunidad 54 de TSEN (TSEN54) juega un papel clave en el reconocimiento de pre-tRNA, como ahora han podido corroborar los investigadores. La subunidad sirve como una « regla molecular » y mide la distancia entre el brazo largo y el brazo corto de la L. De esta manera, TSEN reconoce en qué punto se debe dividir el pre-ARNt para eliminar el intrón.

Los nuevos hallazgos sobre la interacción de la ARN quinasa CLP1 y la subunidad TSEN TSEN54 fueron una sorpresa: CLP1 evidentemente se une a una región no estructurada y, por lo tanto, muy flexible de TSEN54. Es precisamente esta región la que contiene un aminoácido mutado con mayor frecuencia en pacientes con hipoplasia pontocerebelosa. « Para nosotros, esta es una indicación importante de que el desarrollo de fármacos en el futuro debería concentrarse en mantener la interacción de TSEN y CLP1 », está convencido Samoil Sekulovski, primer autor del estudio.

Los científicos ahora esperan que los datos estructurales permitan simular modelos que puedan usarse para buscar posibles sustancias activas. Trowitzsch resume: « Aunque una terapia prometedora todavía está muy lejos de nosotros, nuestra estructura de hecho forma una base sólida para una mejor comprensión de cómo funciona TSEN y cuáles son los patrones de enfermedad de sus mutantes ».