Come i Ribosomi Collaborano con NAC per Etichettare le Proteine per l'Ancoraggio alle Membrane

N-glicosilazione miristoilica dell'N-terminale — l'aggiunta di un acido grasso a 14 atomi di carbonio all'N-terminale delle proteine di nuova sintesi — è fondamentale per consentire alle proteine di ancorarsi reversibilmente alle membrane cellulari e di partecipare alla segnalazione, alle risposte allo stress e alla funzione immunitaria. Questa modificazione è effettuata co-traduzionalmente dalle N-miristoyltransferasi (NMT1 e NMT2), enzimi che devono agire mentre la proteina è ancora in fase di assemblaggio sul ribosoma. La disregolazione specifica di NMT2 è stata associata all'ipertrofia cardiaca e all'insufficienza cardiaca, con cardiomiociti di pazienti che mostrano riduzioni fino al 60% dei livelli di NMT2, nonché a determinati tumori. Nonostante la sua importanza biomedica, il meccanismo molecolare attraverso cui NMT2 viene reclutata sui ribosomi e accede ai substrati nascenti era rimasto sconosciuto.

Per colmare questa lacuna, Zdancewicz e colleghi hanno dapprima confermato, mediante centrifugazione su gradiente di saccarosio in cellule HEK293, che NMT2 co-localizza con le frazioni ribosomiali in cellule umane viventi. Hanno poi eseguito saggi di legame in vitro con ribosomi umani purificati, dimostrando che NMT2 si lega direttamente ai ribosomi, con un legame approssimativamente raddoppiato in presenza del complesso eterodimerico associato alla catena polipeptidica nascente (NAC). Utilizzando complessi ribosoma-catena nascente (RNCs) caricati con sequenze di lunghezza variabile di MARCKS — un substrato specifico di NMT2 — il gruppo ha riscontrato che il legame di NMT2 era relativamente costante al variare della lunghezza della catena nascente, con un modesto picco a 74 amminoacidi, la lunghezza scelta per gli studi strutturali.

Il fulcro dello studio è una struttura cryo-EM ad alta risoluzione del complesso ternario RNC:NMT2:NAC. La struttura rivela che NMT2 e NAC formano insieme un canale esteso, direttamente continuo con il tunnel di uscita del polipeptide ribosomiale, guidando fisicamente la catena nascente dal tunnel fino alla tasca catalitica di NMT2. In modo sorprendente, la densità cryo-EM mostra i primi nove amminoacidi del substrato MARCKS posizionati nel sito catalitico, con catene laterali visibili e interazioni elettrostatiche tra i residui del substrato e NMT2. Nel sito attivo è stata risolta anche la densità del coenzima A, catturando uno stato intermedio della reazione.

La struttura rivela inoltre un meccanismo di ancoraggio dell'RNA ribosomiale precedentemente non riconosciuto: l'elica 59 dell'rRNA 28S si avvolge attorno a NMT2 per ancorarla alla superficie ribosomiale, orientando il suo sito catalitico verso l'uscita del tunnel. La coda C-terminale di NACβ stabilisce contatti diretti con NMT2, e esperimenti di troncamento hanno confermato che questa coda è necessaria per un efficiente reclutamento di NMT2. Analogamente, la coda N-terminale di NMT2 contribuisce al legame con il ribosoma, e la sua delezione riduce l'associazione. Estesi contatti tra NMT2, NAC e molteplici proteine ribosomiali (tra cui uL22, uL24 ed eL39) stabilizzano ulteriormente il complesso.

Questi risultati identificano NAC come coordinatore principale che recluta sequenzialmente la metionina amminopeptidasi (che scinde la metionina iniziatrice per esporre la glicina) e poi NMT2 sul ribosoma, garantendo una modificazione co-traduzionale ordinata. Il quadro meccanicistico qui delineato apre la strada alla progettazione di farmaci guidata dalla struttura, mirati alle interazioni NMT2-ribosoma nelle malattie cardiache e nel cancro, e solleva interrogativi su come NMT1 e NMT2 competano o cooperino per i substrati nei diversi tessuti.