El virus de Rosalind Franklin

El virus del mosaico del tabaco o TMV fue el primer virus en ser identificado, desde el siglo XIX se conocía que la plaga que afectaba a las hojas del tabaco y otras solanáceas no tenía origen bacteriano o fúngico y era transmisible. Ya en la década de los 30, antes de la segunda guerra mundial, se produjo el aislamiento y caracterización de de este virus. Además, Bernal y Fankuchen se llevaron a cabo de los primeros estudios de difracción de rayos x que dieron un patrón de regularidades que presagiaban una estructura repetitiva pero no como un cristal con infinitas repeticiones en el espacio tridimensional. De hecho lo hicieron con este y otros virus desvelalndo una de las propiedades generales de los virus que es el ensamblaje por subunidades repetitivas.

Después de la guerra que devastó Europa, se reanudaron los esfuerzos para comprender cómo estaba construida esta estructura que se multiplica y causa graves daños en las células vegetales de la hoja del tabaco.  Lograron aislar las subunidades idénticas que componen el virus y separarlas del ácido nucleico. Los nuevos trabajos de rayos x llevados a cabo por James Watson en 1952,  antes de la consecución de la estructura del ADN, fijaron la ordenación de las subunidades en forma de hélice y calculó treinta y un unidades por cada tres vueltas de hélice. Tras la consecución de la estructura del ADN en 1953 Watson se fijó en la estructura del RNA como objetivo, resultando esta empresa más infrutuosa.

Posteriormente a la consecución de la estructura del ADN de 1953, Rosalind Franklin ya entonces en el Brikbeck college con John Bernal, corroboró el carácter helicoidal del TMV con sus precisos mapas de difracción y corrigió a 49 el número entero de subunidades proteína por tres vueltas de hélice. Se estaban acercando a la estructura, pero quedaba saber dónde o cómo se plegaba la información genética que ya se sabía en el ARN. Podía estar en el eje del cilindro como un bastón o arrollado en torno a la hélice de proteína formando una escalera de caracol paralela.

Location of the Ribonucleic Acid in the Tobacco Mosaic Virus Particle structure.

Estructura helicoidal del virus del mosaico del tabaco en forma de bastón . Las subunidades individuales de proteína de 17.400 Da (protómeros) se ensamblan en una hélice con una repetición axial de 6.9 nm (49 subunidades por tres vueltas). Cada vuelta contiene un número no entero de subunidades (16-1 / 3), produciendo un tono de 23 Å, El ARN coloreado en amarillo se empaqueta internamente entre vueltas de la cápside proteica, formando una héllice a derechas. Basado en el PDB : 2TMV La estructura del Virus del mosaico del tabaco determinado por metodos de difracción de fibras a resolución 2.9 Å. The RNA colored in yellow (2000 kDa) is sandwiched internally between adjacent turns of capsid protein, forming a RNA helix of the same pitch, 80Å (8 nm) in diameter, that extends the length of virus, with three nucleotide bases in contact with each subunit. Some 2,130 protomers per virion cover and protect the RNA. The complete virus is 3000 Å (300nm) long and 180 Å in diameter with a hollow cylindrical core 4 nm in diameter. The structure of tobacco mosaic virus (TMV) has been determined by fiber diffraction methods at 2.9 Å resolution. 

 

En 1955 se vio que los constituyentes se auto-ensamblaban sin necesitar otra ayuda o guía que la energía mínima en ciertas condiciones de pH y fuerza ionica. El 19 de mayo de 1956, Rosalind Franklin y Donald Caspar que habían pasado de ser competidores a estrechos colaboradores publican en Nature dos artículos complementarias sobre la estructura radial del Virus del Mosaico del tabaco. Ya sabiendo la geometría helicoidal general, hicieron medidas y calcularon densidad electrónica respeto al radio del cilindro. Caspar calculó la densidad de picos respecto al eje del TMV utilizando un contador Geiger y la diferencia entre su forma normal y su forma unida a un acetato de mercurio de mercurio. Por su parte Franklin utilizó medidas de intensidad en fotografías de difracción de rayos x también respecto al eje del TMV y las diferencias entre la forma natural cargada con ARN y la forma con proteína sola sin el ARN. Según la distribución y picos obtenidos de densidad coincidentes interpretaron que la partícula sería como un cilindro hueco. Un bastón con hueco de 20 A de radio, un diámetro externo de unos 90 A, y lo más importante, el ARN ocuparía la zona del pico a 40 A también dispuesto en forma de hélice. Esto último, se deducía de la diferencia de densidad entre la forma natural del virus cargado con ARN y la forma desnuda de ARN compuesta solo unidades de proteína que no daba el pico a 40A.

TMV-difraction-patern-1954-rosalind-frankling-aaron-klug

Patrón de difracción de rayos X tomados por Rosalind Franklin del virus TMV. Sus diagramas mostraban muchos más máximos (puntos) de intensidad distinta que los que otros investigadores habían obtenido, lo que indicaba tanto la calidad de la preparación de sus muestras como sus técnicas de difracción superiores. Estos máximos aparecen en líneas de capas horizontales que son perpendiculares al eje de la fibra. Rosalind E. Franklin, “Estructura del virus del mosaico del tabaco”, Nature, 2005, 175: 379–381, en la pág. 379. Copyright 1955 Macmillan Magazines Limited.Los primeras imágenes de microscopía electrónica de 1939 y posteriores ya habían  mostrado unas partículas víricas alargadas de unos 150 A de diámetro y 3000 A de longitud. Los datos del grupo de Franklin sugerían que estas partículas encapsularían una cadena de RNA helicoidalmente pero dejando un hueco en medio del cilindro. Incluso con los datos todavía sin precisión atómica Franklin y Caspar se atrevieron a proponer una estructura tridimensional que se presentó en la feria de Bruselas de 1958 en forma de escultura gigante y que luego resulto ser bastante correcta. Franklin en sus esfuerzos desde 1953 a 1958 para determinar la estructura del TMV Frankling involucró a futuras personalidades de la biología estructural como Aaron Klug, John Finch y Kenneth C. Holmesentre otros.

TMV Exhibit in Brussels in 1958.

Fotografía del modelo gigante de TMV construido para la exposición internacional de Bruselas de 1958. El cable entre la subunidades ovoides simula la cadena de ARN viral. Photograph of TMV model constructed for the International Exhibit in Brussels in 1958. This large model now sits in a stairwell at the Cambridge Laboratory of Molecular Biology. The cable exposed under the egg-shaped protein subunits represents the strand of viral RNA. Copyright Gregory J. Morgan.

Tras la muerte de Rosalind Franklin, los grupos que estudiaban virus se centran más en las estructuras vírica icosaédricas.  Por fin en el 77 se averigua la estructura del RNA y el sitio de unión de ARN con una resolución cercana a la atómica, de 4 armstrongs y se revela que la estructura propuesta en los años 50 era básicamente correcta. La historia es mucho más intrincada de lo que aquí aparece pero revela un poco del carácter humano de la investigación científica, llena de casualidades, encuentros, desencuentros y medios escasos.

REFERENCIAS:

Structure of Tobacco Mosaic Virus: Location of the Ribonucleic Acid in the Tobacco Mosaic Virus Particle. Rosalind E. Franklin . Nature volume 177, pages 928–930(1956)

STRUCTURE OF TOBACCO MOSAIC VIRUS: Radial density distribution in the tobacco mosaic virus particle. Nature May, 1956. vol. 177, 928 (1956). D. Caspar

J. D. Bernal and I. Fankuchen, “Structure Types of Protein ‘Crystals’ from Virus-Infected Plants,” Nature, 1937, 139:923–924, on p. 923

X-ray and Crystallographic Studies of Plant Virus Preparations, I: Introduction and Preparation of Specimens; II: Modes of Aggregation of the Virus Particles; III. Bernal and Fankuchen, Journal of General Physiology, 1941, 25:111–146 (Pts. I and II),147–165 (Pt. III).

Visualization of protein-nucleic acid interactions in a virus: Refined structure of intact tobacco mosaic virus at 2.9 Å resolution by X-ray fiber diffraction. Keiichi Namba, Rekha Pattanayek, Gerald Stubbs.Journal of Molecular Biology. Volume 208, Issue 2, 20 July 1989, Pages 307-325

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s