RNA: n kaksoiskierteen rakenne tunnistettu synkrotronivalolla

kun Francis Crick ja James Watson löysivät deoksiribonukleiinihapon (DNA) kaksoiskierteisen rakenteen vuonna 1953, heidän havaintonsa aloittivat geneettisen vallankumouksen, jonka avulla kartoitettiin, tutkittiin ja sekvensoitiin elävien organismien rakenneosia.

DNA koodaa sukupolvelta toiselle siirtynyttä geneettistä materiaalia. Jotta DNA: han koodatusta informaatiosta tehtäisiin elämälle välttämättömiä proteiineja ja entsyymejä, ribonukleiinihappo (RNA), solujen ribosomeissa oleva Yksisäikeinen geneettinen materiaali, toimii välittäjänä. Vaikka jotkut RNA-sekvenssit ovat yleensä yksijuosteisia, niillä on kyky muodostaa kaksoiskierre, aivan kuten DNA: lla.

vuonna 1961 Alexander Rich esitti yhdessä David Daviesin, Watsonin ja Crickin kanssa hypoteesin, jonka mukaan poly (rA)-nimellä tunnettu RNA voisi muodostaa yhdensuuntaisen kaksoiskierteen.

viisikymmentä vuotta myöhemmin McGillin yliopiston tutkijat onnistuivat kiteyttämään lyhyen RNA-sekvenssin, poly (rA)11: n, ja käyttivät Kanadan valonlähteestä (CLS) ja Cornellin Suurenergisestä Synkrotronista kerättyjä tietoja vahvistaakseen hypoteesin Poly (rA) kaksoiskierteestä.

poly (rA)11: n yksityiskohtaisen 3D-rakenteen julkaisi McGill biokemian professori Kalle Gehringin laboratorio yhteistyössä Göttingenin yliopiston George Sheldrickin ja Concordia-yliopiston Christopher Wildsin kanssa. Wilds ja Gehring ovat Quebecin rakennebiologiayhdistyksen GRASPIN jäseniä. Paperi ilmestyi journal Angewandte Chemie International Edition otsikolla ” Structure of the Parallel Duplex of Poly (A) RNA: Evaluation of a 50 year-Old Prediction.”

” 50 vuoden tutkimuksen jälkeen uuden nukleiinihapporakenteen tunnistaminen on hyvin harvinaista. Joten kun törmäsimme epätavallisiin Poly (rA) – kristalleihin, hyppäsimme sen päälle”, sanoi tohtori Gehring, joka myös johtaa McGill Bionanomachines-koulutusohjelmaa.

Gehring sanoi, että kaksoiskierteisen RNA: n tunnistamisella on mielenkiintoisia sovelluksia biologisten nanomateriaalien ja supramolekulaarisen kemian tutkimuksessa. Nukleiinihapoilla on hämmästyttäviä itsetunnistusominaisuuksia, ja niiden käyttö rakennusmateriaalina avaa uusia mahdollisuuksia synteettisen biologian avulla luotujen bionanomakoneiden-nanomittalaitteiden – valmistukseen.

”Bionanomakiinit ovat edullisia niiden äärimmäisen pienen koon, alhaisten tuotantokustannusten ja muokkaamisen helppouden vuoksi”, Gehring sanoi. ”Monet bionanomakiinit vaikuttavat jo arkeemme entsyymeinä, antureina, biomateriaaleina ja lääketieteellisinä hoitoina.”

Gehring lisäsi, että RNA: n kaksoiskierteen todistamisella voi olla monenlaisia hyötyjä sairauksien, kuten aidsin, lääketieteellisissä hoidoissa ja parannuskeinoissa tai jopa biologisten kudosten uudistamisessa.

”poly (rA) – rakenteen löytömme korostaa perustutkimuksen merkitystä. Etsimme tietoa siitä, miten solut muuttavat mRNA: n proteiiniksi, mutta päädyimme vastaamaan supramolekulaarista kemiaa pitkään askarruttaneeseen kysymykseen.”

kokeissa Gehring ja tutkijaryhmä käyttivät CLS Canadian Macromolecular Crystallography Facility-laitoksessa (CMCF) saatuja tietoja selvittääkseen onnistuneesti poly (rA)11 RNA: n rakenteen.

CMCF: n Beamline-tutkija Michel Fodje sanoi, että kokeet onnistuivat hyvin tunnistamaan RNA: n rakenteen ja niillä voi olla seurauksia sille, miten geneettinen informaatio varastoituu soluihin.

”vaikka sekä DNA että RNA kuljettavat geneettistä informaatiota, niiden välillä on melko vähän eroja”, sanoi tohtori Fodje. ”mRNA-molekyyleillä on poly (rA) pyrstöt, jotka ovat kemiallisesti identtisiä Kiteen molekyylien kanssa. Poly (rA) – rakenne voi olla fysiologisesti tärkeä erityisesti olosuhteissa, joissa mRNA: n paikallinen pitoisuus on suuri. Näin voi käydä, jos solut stressaantuvat ja mRNA tiivistyy rakeisiin solujen sisällä.”

näillä tiedoilla tutkijat jatkavat RNA: n monipuolisten rakenteiden kartoittamista ja niiden roolia uusien bionanomakiinien suunnittelussa ja soluissa stressiaikoina.

poly (rA) – rakennetta koskeva tutkimus rahoitettiin Kanadan Luonnontieteiden ja tekniikan tutkimusneuvoston apurahoilla ja Canada Foundation for Innovation-säätiön, Quebecin hallituksen, Concordian yliopiston ja McGill-yliopiston tuella.