El isoaspartato (isoAsp) se forma cuando una asparagina o un aspartato de una proteína se reorganiza de manera espontánea a través de un aspartimida intermedio, insertando un grupo metileno adicional en el esqueleto peptídico. Por lo general, esta modificación se considera un daño asociado al envejecimiento y se acumula en proteínas de vida larga, como las cristalinas del cristalino. Sin embargo, en la proteína ribosomal uS11 el isoaspartato está presente de forma estequiométrica en bacterias, arqueas y eucariotas, lo que apunta a una función concreta. La paradoja es que en Escherichia coli el tiempo de duplicación ronda los 20 minutos, mientras que la conversión espontánea de asparagina en isoaspartato tarda días. Por lo tanto, tiene que existir una enzima que acelere esa reacción.
Para encontrar al candidato, los autores usaron AlphaFold3 para predecir complejos de uS11 con las 4403 proteínas del proteoma de E. coli. De todas ellas, solo tres dieron un modelo de unión fiable, y únicamente YbeY colocaba la asparagina-119 de uS11 en una posición catalíticamente competente junto a un ion de zinc. Después expresaron y purificaron YbeY y uS11, y detectaron la formación de isoaspartato mediante espectrometría de masas tras tripsinólisis. Para comprobar el mecanismo utilizaron variantes mutantes de YbeY, calorimetría isotérmica de titulación para medir la unión del zinc y titulación por RMN del complejo de Thermotoga maritima. El análisis filogenético de 189 801 genomas bacterianos de la base de datos GTDB permitió vincular la presencia de YbeY con el motivo asparagina-glicina en uS11.
La YbeY de E. coli convierte in vitro casi todo el uS11 en su forma con isoaspartato en la posición 119 en una hora. La reacción depende del zinc: añadir EDTA la inhibe en parte, y la mutación H114A, que rompe la coordinación del zinc, reduce la actividad hasta el 50%. Las mutaciones de residuos implicados en la unión del sustrato (T42, R44, D85) también debilitan la catálisis, mientras que la sustitución R59A, importante para la actividad RNasa de YbeY, no afecta a la formación de isoaspartato. Esto indica que existe un centro activo aparte para la modificación de la proteína. La filogenética mostró que la pérdida de YbeY en linajes bacterianos va acompañada de la sustitución de la asparagina-119 por glicina o de un acortamiento de uS11. En arqueas y eucariotas, el papel de YbeY probablemente lo desempeña la ATPasa Fap7: en la estructura cristalina del complejo Fap7–uS11 de Pyrococcus abyssi, los autores descubrieron que el residuo 124 es en realidad isoaspartato, y no aspartato como se creía. La criomicroscopía electrónica de ribosomas de una cepa de E. coli sin ybeY mostró que la falta de la modificación no cambia el plegamiento de uS11, pero altera la unión de la proteína ribosomal bS21: su densidad en el mapa disminuye y desaparece el contacto entre la arginina-35 de bS21 y el isoaspartato-119 de uS11. Los ribosomas sin YbeY se asocian peor en partículas 70S y traducen una proteína reportera solo al 30% de lo normal.
El trabajo convierte el isoaspartato en algo más que un marcador de daño: pasa a ser una modificación postraduccional regulada e importante para el ensamblaje del ribosoma. El hallazgo de dos rutas enzimáticas independientes (YbeY en bacterias y Fap7 en arqueas y eucariotas) demuestra que esta modificación surgió en la evolución al menos dos veces. La relación entre el isoaspartato de uS11 y la retención de la proteína bS21 explica por qué las mutaciones que alteran esta modificación provocan defectos en la traducción y un crecimiento más lento.
Queda por aclarar cómo coordina exactamente YbeY el zinc y el sustrato en el estado de transición, y confirmar el mecanismo propuesto a través del intermedio de aspartimida. En el caso de Fap7 hay que demostrar que de verdad fosforila el aspartato y cataliza la isomerización, y que no se limita a unirse a uS11. También sería interesante comprobar si existen otras proteínas modificadas por YbeY y cómo influye el isoaspartato de uS11 en la dinámica del ribosoma durante la traducción.
Los resultados son relevantes para la biología molecular de la traducción, la biología estructural del ribosoma y la comprensión de las modificaciones postraduccionales. También pueden ser útiles para desarrollar antibióticos dirigidos contra YbeY, ya que esta enzima está conservada en las bacterias pero no existe en el citoplasma humano.
Determinar la estructura cristalina o crioelectrónica del complejo YbeY–uS11 en estado catalíticamente activo, para ver la coordinación del zinc y la orientación del sustrato. Comprobar la actividad de Fap7 in vitro con proteínas purificadas y ATP. Investigar qué otras proteínas pueden ser sustratos de YbeY en la célula.
El trabajo conecta dos problemas fundamentales de la biología molecular: el mecanismo de ensamblaje del ribosoma y el papel de las modificaciones postraduccionales en ese proceso. Muestra que el isoaspartato, considerado normalmente un daño espontáneo, puede generarse de forma enzimática para cumplir una función estructural. Esto cambia la visión sobre la evolución de las proteínas ribosómicas y sobre cómo las células controlan la precisión de la traducción.
La conversión espontánea de asparagina en isoaspartato en un péptido con el motivo Asn-Gly tiene una vida media de aproximadamente 1,2 días, pero YbeY acelera esa reacción hasta minutos, algo imprescindible para ensamblar el ribosoma dentro del ciclo celular de E. coli (unos 20 minutos).
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