Обнаружили, что одна часть РНК плавно вторгается и вытесняет другую часть той же самой РНК

Прочитано: 143 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (2 голосов, среднее: 3,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Подобно выключателю света, РНК-переключатели (называемые рибопереключателями) определяют, какие гены включаются, а какие выключаются. Хотя это может показаться простым процессом, внутренняя работа этих переключателей десятилетиями смущала биологов.

Теперь исследователи под руководством Северо-Западного университета и Университета в Олбани обнаружили, что одна часть РНК плавно вторгается и вытесняет другую часть той же самой РНК, позволяя структуре быстро и резко менять форму. Этот механизм, называемый «смещением нити», по-видимому, переключает генетическую экспрессию с «включено» на «выключено».

Используя симуляцию, которую они запустили в прошлом году, исследователи сделали это открытие, наблюдая вблизи и в действии замедленную симуляцию рибопереключателя. Ласково названный R2D2 (сокращение от «реконструкция динамики РНК из данных»), новая симуляция моделирует РНК в трех измерениях, поскольку она связывается с соединением, взаимодействует по своей длине и складывается, чтобы «включить» или «выключить» ген.

Полученные результаты могут иметь потенциальное значение для разработки новой диагностики на основе РНК и для разработки успешных лекарств, нацеленных на РНК для лечения болезней и болезней.

Исследование описано в новой статье, опубликованной сегодня (28 марта) в журнале Nucleic Acids Research (NAR), в котором исследование названо «Прорывной статьей». NAR оставляет за собой статус «Прорывной статьи» за наиболее важные исследования, отвечающие на давние вопросы в области исследований нуклеиновых кислот.


«Мы обнаружили, что этот механизм смещения нити встречается в других типах молекул РНК, что указывает на то, что это может быть потенциальной общностью фолдинга РНК», — сказал Джулиус Б. Лакс из Northwestern, один из руководителей исследования. «Мы начинаем находить сходство между различными типами молекул РНК, что в конечном итоге может привести к правилам дизайна РНК для укладки и функционирования».

Лакс — профессор химической и биологической инженерии в Инженерной школе Маккормика на Северо-Западе, а также член Центра синтетической биологии и Института химии жизненных процессов. Он руководил исследованием вместе с Аланом Ченом, адъюнкт-профессором химии Университета Олбани в Нью-Йорке.

«Инновационный подход» R2D2

Хотя сворачивание РНК происходит в организме человека более 10 квадриллионов раз в секунду — каждый раз, когда ген экспрессируется в клетке, — исследователи очень мало знают об этом процессе. Чтобы помочь визуализировать и понять загадочный, но важный процесс, Лакс и Чен представили R2D2 в прошлом году в статье, опубликованной в журнале Molecular Cell.

Используя технологическую платформу, разработанную в лаборатории Лакса, R2D2 собирает данные, связанные с укладкой РНК, по мере ее создания. Затем он использует вычислительные инструменты для добычи и организации данных, выявляя точки, где РНК сворачивается, и что происходит после того, как она сворачивается. Анджела Ю, бывшая ученица Lucks, ввела эти данные в компьютерные модели, чтобы создать точные видеоролики о процессе складывания.

«Что такого новаторского в подходе R2D2… так это то, что он объединяет экспериментальные данные о сворачивании РНК на уровне нуклеотидов с алгоритмами прогнозирования на атомном уровне для имитации сворачивания РНК в сверхмедленном движении», — сказал доктор Фрэнсис Коллинз, директор Национального Институты здоровья в своем блоге за февраль 2021 г. «В то время как другие компьютерные модели были доступны в течение десятилетий, им не хватало столь необходимых экспериментальных данных этого сложного процесса складывания, чтобы подтвердить их математическое моделирование».

Междугородняя связь

В то время как предыдущие симуляции Лакса и Чена визуализировали свертывание древней РНК, называемой SRP, новые фильмы моделируют рибопереключатель из Bacillus subtilis, обычной бактерии, обитающей в почве.

Рибопереключатели состоят из двух основных частей. Одна часть связывается с соединением. Затем, в зависимости от того, как соединение связано, вторая часть заставляет РНК сворачиваться в форму, которая позволяет ей контролировать экспрессию генов. В то время как эти две части переплетаются и перекрываются во многих рибопереключателях, Bacillus subtilis отличается.

«Что странно, так это то, что они разделены большим расстоянием, но связанная молекула может вызывать большие функциональные изменения», — сказал Лакс. «Если химическое вещество связывается на одном конце, то как это передается вниз по течению к другому концу РНК? Это было загадкой».

Лакс, Чен и их команды обнаружили, что рибопереключатель, вероятно, взаимодействует с нисходящим потоком через механизм смещения нитей. В ответ на химическое связывание процесс обмена цепями запускает структурное переключение между состояниями «включено» и «выключено».

Оптимизация РНК для лекарств, диагностики

С этим новым пониманием Лакс считает, что все готово для оптимизации рибопереключателя для выполнения полезных задач. Переключатель можно использовать, например, для диагностики на основе синтетической биологии — он спроектирован так, чтобы «включаться» в присутствии загрязнителя окружающей среды. Изучая этот рибопереключатель, исследователи также извлекут уроки, которые могут привести к новым подходам к созданию лекарств, нацеленных на РНК, или новых классов антибиотиков.

«Многие болезни, вероятно, вызваны тем, что что-то идет не так на уровне РНК», — сказал Лакс. «Чем больше мы узнаем об этом, тем лучше мы сможем разрабатывать лекарства, нацеленные на РНК, и РНК-терапевтические средства».

Обнаружили, что одна часть РНК плавно вторгается и вытесняет другую часть той же самой РНК



Новости партнеров