RNA a doppia elica identificati mediante luce di sincrotrone

Quando Francis Crick e James Watson scoprirono la struttura a doppia elica dell’acido desossiribonucleico (DNA) nel 1953, le loro scoperte iniziarono una rivoluzione genetica per mappare, studiare e sequenziare gli elementi costitutivi degli organismi viventi.

Il DNA codifica il materiale genetico trasmesso di generazione in generazione. Per le informazioni codificate nel DNA da trasformare nelle proteine e negli enzimi necessari per la vita, l’acido ribonucleico (RNA), materiale genetico a filamento singolo trovato nei ribosomi delle cellule, funge da intermediario. Anche se di solito single-stranded, alcune sequenze di RNA hanno la capacità di formare una doppia elica, molto simile al DNA.

Nel 1961, Alexander Rich insieme a David Davies, Watson e Crick, ipotizzò che l’RNA noto come poli (rA) potesse formare una doppia elica a filamento parallelo.

Cinquant’anni dopo, gli scienziati della McGill University cristallizzarono con successo una breve sequenza di RNA, poly (rA)11, e utilizzarono i dati raccolti presso la Canadian Light Source (CLS) e il Sincrotrone ad alta energia di Cornell per confermare l’ipotesi di una doppia elica di poli (rA).

La dettagliata struttura 3D di poly (rA)11 è stata pubblicata dal laboratorio di biochimica McGill professor Kalle Gehring, in collaborazione con George Sheldrick, Università di Göttingen, e Christopher Wilds, Concordia University. Wilds e Gehring sono membri della Quebec structural biology association GRASP. Il documento è apparso sulla rivista Angewandte Chemie International Edition con il titolo di “Struttura del duplex parallelo di poli (A) RNA: valutazione di una previsione di 50 anni.”

” Dopo 50 anni di studio, l’identificazione di una nuova struttura di acido nucleico è molto rara. Quindi, quando ci siamo imbattuti negli insoliti cristalli di poly (rA), ci siamo saltati sopra”, ha detto il Dr. Gehring, che dirige anche il programma di allenamento McGill Bionanomachines.

Gehring ha detto identificare l’RNA a doppia elica avrà interessanti applicazioni per la ricerca in nanomateriali biologici e chimica supramolecolare. Gli acidi nucleici hanno proprietà sorprendenti di auto-riconoscimento e il loro uso come materiale da costruzione apre nuove possibilità per la fabbricazione di bionanomacchine – dispositivi su scala nanometrica creati utilizzando la biologia sintetica.

“Le macchine Bionanomachines sono vantaggiose a causa delle loro dimensioni estremamente ridotte, dei bassi costi di produzione e della facilità di modifica”, ha affermato Gehring. “Molte bionanomacchine influenzano già la nostra vita quotidiana come enzimi, sensori, biomateriali e terapie mediche.”

Gehring ha aggiunto che la prova della doppia elica dell’RNA può avere diversi benefici a valle per i trattamenti medici e le cure per malattie come l’AIDS, o anche per aiutare a rigenerare i tessuti biologici.

“La nostra scoperta della struttura poly (rA) evidenzia l’importanza della ricerca di base. Stavamo cercando informazioni su come le cellule trasformano l’mRNA in proteine, ma abbiamo finito per rispondere a una domanda di lunga data della chimica supramolecolare.”

Per gli esperimenti, Gehring e un team di ricercatori hanno utilizzato i dati ottenuti presso la CLS Canadian Macromolecular Crystallography Facility (CMCF) per risolvere con successo la struttura del poli (rA)11 RNA.

CMCF Beamline Scienziato Michel Fodje ha detto che gli esperimenti hanno avuto molto successo nell’identificare la struttura del RNA e possono avere conseguenze per come le informazioni genetiche sono memorizzati nelle cellule.

“Sebbene il DNA e l’RNA portino entrambi informazioni genetiche, ci sono alcune differenze tra loro”, ha affermato il dott. “Le molecole di mRNA hanno code poli (rA), che sono chimicamente identiche alle molecole nel cristallo. La struttura di poli (rA) può essere fisiologicamente importante, particolarmente nelle circostanze dove c’è un’alta concentrazione locale di mRNA. Ciò può accadere dove le cellule sono sollecitate e l’mRNA si concentra nei granelli all’interno delle cellule.”

Con queste informazioni, i ricercatori continueranno a mappare le diverse strutture dell’RNA e i loro ruoli nella progettazione di nuove bionanomacchine e nelle cellule durante i periodi di stress.

La ricerca sulla struttura poly (rA) è stata finanziata da sovvenzioni del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada con il sostegno della Canada Foundation for Innovation, del governo del Quebec, della Concordia University e della McGill University.