Polscy naukowcy zbadają tajemnice tRNA. Odkrycia mogą wyjaśnić mechanizmy nowotworów

Międzynarodowy zespół naukowców z udziałem badaczy z Warszawy otrzymał 10 mln euro na projekt, który ma pomóc rozwikłać jedną z zagadek biologii molekularnej. Chodzi o chemiczne modyfikacje cząsteczek tRNA i ich wpływ na funkcjonowanie komórek. Wyniki mogą w przyszłości przyczynić się do lepszego zrozumienia mechanizmów niektórych chorób, w tym nowotworów, zaburzeń neurorozwojowych, chorób mitochondrialnych i cukrzycy.

W projekcie „LifeOfTRNA – Decoding the Molecular Mechanisms of tRNA Modifications” uczestniczą cztery zespoły badawcze z Warszawy, Wiednia, Berna i Paryża. Polską częścią przedsięwzięcia kieruje prof. Janusz M. Bujnicki z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej (IIMCB) w Warszawie. Badania rozpoczną się w 2027 roku i potrwają sześć lat.

Czym jest tRNA i dlaczego naukowcy chcą je zbadać?

Cząsteczki tRNA, czyli transportującego RNA, odgrywają podstawową rolę w syntezie białek. Uczestniczą w odczytywaniu informacji genetycznej i dostarczają aminokwasy potrzebne do budowy białek.

– Cząsteczki tRNA są niezbędne do syntezy białek. Rozpoznają kod zapisany w mRNA, czyli roboczej kopii informacji z DNA, i dostarczają odpowiednie aminokwasy. Pełnią także inne, wciąż nie do końca poznane funkcje w komórce – wyjaśnia prof. Janusz Bujnicki z Laboratorium Bioinformatyki i Inżynierii Białka w IIMCB.

Choć podstawowa rola tRNA jest dobrze poznana, naukowcy nadal nie rozumieją wszystkich mechanizmów regulujących działanie tych cząsteczek. Jednym z najważniejszych zagadnień są ich chemiczne modyfikacje. Nukleotydy tworzące tRNA mogą ulegać różnym zmianom, które wpływają na właściwości całej cząsteczki.

– Mogą one zmieniać kształt i stabilność cząsteczek tRNA, wpływać na ich oddziaływania z białkami oraz decydować o dokładności i szybkości produkcji białek. Nadal nie wiemy jednak, jak poszczególne modyfikacje zależą od siebie i jakie są skutki ich łącznego działania – tłumaczy prof. Bujnicki.

To właśnie ta niewiedza stała się punktem wyjścia do nowego projektu. Badacze chcą ustalić nie tylko, jak działają poszczególne modyfikacje, ale przede wszystkim, jak wzajemnie na siebie wpływają i jakie konsekwencje ma ich współwystępowanie.

W ramach projektu „The Life of tRNA” zamierzają prześledzić cały cykl życia tych cząsteczek: od ich powstawania i dojrzewania, przez oddziaływania z białkami i udział w syntezie białek, aż po inne funkcje pełnione w komórce. Celem jest stworzenie spójnego obrazu mechanizmów, które dotychczas często badano oddzielnie.

Cztery zespoły, 10 mln euro i sztuczna inteligencja

Projekt realizowany będzie w ramach ERC Synergy, programu finansującego ambitne przedsięwzięcia naukowe wymagające ścisłej współpracy niezależnych zespołów badawczych. W badaniach uczestniczą zespoły Sebastiana Glatta z Wiednia, Sebastiana Leidela z Berna, Carine Tisné z Paryża oraz prof. Janusza Bujnickiego z Warszawy.

– Każdy z nas wnosi uzupełniające się kompetencje z zakresu biochemii RNA, badań strukturalnych, biosyntezy białek, biologii komórki i modelowania komputerowego. Nasz zespół połączy badania obliczeniowe i metody sztucznej inteligencji z doświadczalnymi badaniami biochemicznymi – zapowiada prof. Bujnicki.

Sztuczna inteligencja będzie jednym z narzędzi wspierających analizę złożonych zależności między strukturą tRNA, jego modyfikacjami i funkcjonowaniem komórek. Wyniki uzyskiwane za pomocą metod komputerowych będą zestawiane z rezultatami badań doświadczalnych. Takie połączenie pozwoli naukowcom analizować konsekwencje modyfikacji tRNA na różnych poziomach – od zmian chemicznych w pojedynczej cząsteczce po ich wpływ na procesy komórkowe.

– Tak szerokiego zakresu badań żaden z czterech zespołów nie byłby w stanie zrealizować samodzielnie – podkreśla profesor.

Co badania mogą powiedzieć o nowotworach i innych chorobach?

Prawidłowe funkcjonowanie tRNA jest niezbędne do syntezy białek, a tym samym do prawidłowego działania komórek. Zaburzenia dotyczące modyfikacji i funkcjonowania tych cząsteczek mogą wpływać na ważne procesy biologiczne. Dlatego lepsze poznanie ich mechanizmów ma znaczenie nie tylko dla biologii molekularnej, ale również dla medycyny. Naukowcy wskazują, że wyniki projektu mogą pomóc wyjaśnić molekularne mechanizmy niektórych nowotworów, chorób mitochondrialnych, zaburzeń neurorozwojowych i cukrzycy.

Sześć lat na poznanie molekularnych mechanizmów

Projekt „LifeOfTRNA – Decoding the Molecular Mechanisms of tRNA Modifications” otrzymał finansowanie w wysokości 10 mln euro z programu ERC Synergy, realizowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. Granty ERC Synergy finansowane są z unijnego programu Horyzont Europa i wspierają badania wymagające połączenia kompetencji kilku niezależnych zespołów. Prace rozpoczną się w 2027 roku i potrwają sześć lat.

Polskim partnerem projektu jest Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie. Prof. Janusz M. Bujnicki kieruje w nim Laboratorium Bioinformatyki i Inżynierii Białka. Jego zespół specjalizuje się między innymi w badaniach struktury przestrzennej RNA, modelowaniu molekularnym i analizie oddziaływań między cząsteczkami biologicznymi. W ramach nowego przedsięwzięcia badacze wykorzystają to doświadczenie do analizy złożonych zależności między chemicznymi modyfikacjami tRNA a funkcjonowaniem komórek.

Główne pytanie, na które chcą odpowiedzieć, dotyczy tego, w jaki sposób zmiany zachodzące w niewielkich cząsteczkach RNA przekładają się na działanie całego organizmu. Odpowiedź może pomóc lepiej zrozumieć biologiczne mechanizmy chorób, a w dalszej perspektywie otworzyć nowe kierunki badań nad diagnostyką i leczeniem.