Cientistas capturam movimentos dos ribossomos no RNA pela primeira vez; veja vídeo

A pesquisa foi liderada pelo bioquímico Marco Marcia, atual professor da Universidade de Uppsala, na Suécia, e ex-líder de equipe do laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL). Para chegar aos resultados, o projeto usou a técnica de microscopia crioeletrônica (crio-ME), espalhamento de raios X em pequenos ângulos (SAXS), bioquímica e enzimologia do RNA, além de simulações de dinâmica molecular.

Veja o vídeo inédito abaixo:

O objeto do estudo foi acompanhar o "auto-splicing" de uma ribozima, molécula que é capaz de “cortar e colar” suas próprias sequências genéticas para se tornar ativa. Segundo o EMBL, foram analisadas centenas de milhares de moléculas a nível individual, o que permitiu reconstruir formas intermediárias invisíveis em estruturas cristalinas tradicionais.

Essas imagens revelam como o RNA passa por fases alternativas antes de alcançar sua conformação final. O processo é essencial para evitar erros estruturais, conhecidos como armadilhas cinéticas.

“Determinar as estruturas do RNA é uma tarefa desafiadora. A flexibilidade inerente e a carga negativa tornam o RNA um alvo notoriamente difícil”, afirma Shekhar Jadhav, um dos autores do estudo, em comunicado. “Esforços persistentes e extensa triagem em microscópios eletrônicos finalmente nos levaram a visualizar a dinâmica elusiva do RNA.”

O coração dessa coreografia é o Domínio 1 (D1), uma estrutura central da ribozima. Segundo os pesquisadores, esse domínio atua como um “diretor”, orientando quando os demais domínios, D2, D3 e D4, devem entrar em cena durante o dobramento. Após dobrar e chegar à sua forma final, a ribozima é capaz de dar comandos para as células.

Movimentos sutis no D1 funcionam como um portão molecular, que se abre e fecha para garantir que cada etapa ocorra na ordem correta. Esse mecanismo escalonado evita erros e conduz a montagem final da molécula catalítica, e o resultado disso é uma ribozima funcional, capaz de promover reações químicas essenciais.

Para capturar os breves estados intermediários, os cientistas do Centro de Biologia de Sistemas Estruturais (CSSB), em Hamburgo, desenvolveram algoritmos específicos de processamento de imagens para crio-ME. “Este é um ótimo exemplo de como a inovação computacional e dados de criomicroscopia de alta qualidade podem revelar conformações ocultas”, indica a coautora Maya Topf.

Como as ribozimas estudadas pertencem aos íntrons do grupo II, considerados ancestrais do spliceossomo (o complexo que edita RNAs em organismos modernos, inclusive humanos), entender como essas moléculas evitam armadilhas cinéticas e se dobram eficientemente oferece pistas sobre os mecanismos primitivos da vida baseada em RNA.

O conhecimento também tem aplicação biotecnológica direta. Ao compreender os princípios que guiavam o dobramento desses RNAs ancestrais, torna-se possível desenhar novas moléculas para terapias, nanotecnologia ou edição precisa de RNA.

Os dados obtidos já estão sendo usados para calibrar modelos de inteligência artificial (IA). Algumas das estruturas resolvidas foram aplicadas inclusive em edições do desafio internacional CASP, que impulsionou o desenvolvimento do AlphaFold, o famoso sistema de previsão de estruturas de proteínas.

“Espera-se que este trabalho desempenhe um papel fundamental na definição de abordagens de IA para a previsão da estrutura do RNA”, afirma Marco Marcia. “Isso abre caminho para um novo ‘AlphaFold para RNA’.”

Combinando IA, crio-ME e experimentos computacionais, os pesquisadores veem o início de um novo capítulo: o da biologia estrutural dinâmica. Nele, acredita-se que será possível prever, visualizar e compreender não apenas como o RNA é, mas como ele se move.