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Cerdanyola del Vallès, 22 junio 2023 El EM01-Cryo-TEM, microscopio electrónico de transmisión que pertenece a la plataforma JEMCA (Centro Conjunto de Microscopía Electrónica en ALBA), entró en funcionamiento en octubre del 2022 y está coordinado por el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC). Es el segundo microscopio de este tipo en España y es clave para resolver de forma muy rápida y con gran resolución la estructura de proteínas que no se pueden analizar con otros métodos. Representa una gran ventaja para la comunidad científica de este ámbito de las ciencias de la vida.
Uno de sus primeros usuarios fue el grupo del Dr. Ernesto Arias, del CIB-CSIC, que analizó con el EM01-Cryo-TEM unas proteínas llamadas transposasas. Los datos han ayudado a esclarecer cómo estas enzimas catalizan eventos de reordenación en el ADN que pueden tener amplias repercusiones en la expresión génica, la evolución del genoma y la resistencia a fármacos en bacterias.
Los transposones, una clase particular de elementos genéticos móviles, son secuencias de ADN que tienen la capacidad de "saltar" entre distintas moléculas. A menudo codifican al menos una proteína, la transposasa, cuya actividad enzimática es responsable de llevar a cabo la reacción de transferencia de las hebras de ADN. Algunos elementos móviles se utilizan como herramientas biotecnológicas y están mostrando un gran potencial en aplicaciones de edición genética.
Además, la actividad de reorganización del ADN de numerosos transposones ha tenido profundas implicaciones biológicas en todos los dominios de la vida. En concreto, la familia de transposones estudiada por el equipo del CIB-CSIC se encuentra en la mayoría de los grupos bacterianos, incluidas numerosas cepas clínicas multirresistentes, y ha desempeñado un papel clave en la evolución de patógenos humanos como Yersinia pestis e Yersinia pseudotuberculosis, causantes de las enfermedades infecciosas de la peste y la pseudotuberculosis respectivamente.
En este trabajo, el equipo científico ha utilizado enfoques bioquímicos y estructurales para definir cómo la transposasa IstA reconoce de manera específica las secuencias terminales del transposón. Los datos bioquímicos muestran que IstA se une a los extremos del transposón para formar un complejo de alto peso molecular.
Para comprobar estos datos, los autores vinieron al centro de microscopia JEMCA, en ALBA, para realizar estudios de criomicroscopía electrónica en el EM01-Cryo-TEM. Las imágenes obtenidas proporcionaron información clave para resolver la estructura de este complejo transposasa + transposón con una resolución atómica. La estructura corrobora las observaciones bioquímicas y demuestra que la transposasa forma un tetrámero capaz de unir los extremos del transposón con una configuración altamente entrelazada, que puede regular tanto la expresión de las proteínas codificadas por el propio transposón como la de genes vecinos.
“Ahora, con este microscopio hemos logrado tener una gran herramienta para desentrañar las estructuras de proteínas en 3D, así como comprender su contexto funcional en la célula biológica” comenta el Dr. Pablo Guerra, investigador del IBMB-CSIC y responsable del microscopio en ALBA. “Conseguimos hacer unas 300 fotografías por hora con información a escala atómica”.
Estos hallazgos no sólo aportan información sobre la transposición de la familia de transposones estudiada, sino que también indican cómo numerosas transposasas pueden reconocer las repeticiones terminales del transposón para evitar roturas perjudiciales en el cromosoma y facilitar la reacción de transposición.
El EM01-Cryo-TEM ha sido posible gracias a la colaboración de varios centros de investigación: el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC), que actúa como propietario del equipo, el Sincrotrón ALBA, donde se aloja el microscopio, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona), el Centro de Regulación Genómica (CRG), y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Su cofinanciación ha sido a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), con el apoyo del Departament de Recerca i Universitats de la Generalitat de Catalunya, mediante la ayuda para la realización de proyectos cooperativos de creación, construcción, adquisición y mejora de equipamientos y plataformas científicas y tecnológicas compartidas, en el marco del programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020.
Referencia: IS21 family transposase cleaved donor complex traps two right-handed superhelical crossings. Mercedes Spínola-Amilibia, Lidia Araújo-Bazán, Álvaro de la Gándara, James M. Berger, Ernesto Arias-Palomo (2023) Nature Commun. DOI: 0.1038/s41467-023-38071-x
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
