RNA dubbele helix structuur geïdentificeerd met behulp van synchrotron licht

toen Francis Crick en James Watson de dubbele spiraalvormige structuur van deoxyribonucleic zuur (DNA) in 1953 ontdekten, begonnen hun bevindingen een genetische revolutie om de bouwstenen van het leven organismen in kaart te brengen, te bestuderen en te rangschikken.

DNA codeert het genetische materiaal dat van generatie op generatie wordt doorgegeven. Voor de informatie die in DNA wordt gecodeerd om in de proteã nen en enzymen worden gemaakt die voor het leven nodig zijn, dient ribonucleïnezuur (RNA), single-stranded genetisch materiaal dat in de ribosomen van cellen wordt gevonden, als tussenpersoon. Hoewel gewoonlijk single-stranded, hebben sommige opeenvolgingen van RNA de capaciteit om een dubbele helix te vormen, veel zoals DNA.In 1961 veronderstelden Alexander Rich samen met David Davies, Watson en Crick dat het RNA poly (rA) een parallelle dubbele helix kon vormen.Vijftig jaar later kristalliseerden wetenschappers van McGill University met succes een korte RNA-sequentie, poly (rA)11, en gebruikten gegevens verzameld bij de Canadian Light Source (CLS) en de Cornell High Energy Synchrotron om de hypothese van een poly (rA) dubbele helix te bevestigen.

de gedetailleerde 3D-structuur van poly (rA)11 werd gepubliceerd door het laboratorium van McGill Biochemistry professor Kalle Gehring, in samenwerking met George Sheldrick, Universiteit van Göttingen, en Christopher Wilds, Concordia University. Wilds en Gehring zijn lid van de Quebec structural biology association GRASP. Het artikel verscheen in het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition onder de titel “Structure of the Parallel Duplex of Poly (a) RNA: Evaluation of a 50 year-Old Prediction.”

” na 50 jaar onderzoek is de identificatie van een nieuwe nucleïnezuurstructuur zeer zeldzaam. Dus toen we de ongewone kristallen van poly (rA) tegenkwamen, sprongen we erop,” zei Dr.Gehring, die ook het McGill Bionanomachines trainingsprogramma leidt.Gehring zei dat het identificeren van dubbel helisch RNA interessante toepassingen zal hebben voor onderzoek naar biologische nanomaterialen en supramoleculaire chemie. Nucleic zuren hebben verbazende eigenschappen van zelfherkenning en hun gebruik als bouwmateriaal opent nieuwe mogelijkheden voor de vervaardiging van bionanomachines – nanoschaal apparaten die met behulp van synthetische biologie worden gecreeerd.

“Bionanomachines zijn voordelig vanwege hun extreem kleine formaat, lage productiekosten en het gemak van aanpassing”, aldus Gehring. “Veel bionanomachines beïnvloeden al ons dagelijks leven als enzymen, sensoren, biomaterialen en medische therapieën.”

Gehring voegde eraan toe dat bewijs van de dubbele helix van RNA verschillende stroomafwaartse voordelen kan hebben voor de medische behandelingen en behandelingen voor ziekten zoals AIDS, of zelfs om biologisch weefsel te regenereren.

“onze ontdekking van de poly (rA) structuur benadrukt het belang van fundamenteel onderzoek. We waren op zoek naar informatie over hoe cellen mRNA omzetten in proteïne, maar uiteindelijk beantwoordden we een langdurige vraag van supramoleculaire chemie.”

voor de experimenten gebruikten Gehring en een team van onderzoekers gegevens verkregen aan de CLS Canadian Macromolecular Crystallography Facility (CMCF)om de structuur van poly (rA) 11 RNA met succes op te lossen.Cmcf-Beamline-wetenschapper Michel Fodje zei dat de experimenten zeer succesvol waren in het identificeren van de structuur van het RNA en gevolgen kunnen hebben voor de manier waarop genetische informatie in cellen wordt opgeslagen.

” hoewel DNA en RNA beide genetische informatie bevatten, zijn er nogal wat verschillen tussen hen,” zei Dr.Fodje. “mRNA moleculen hebben poly (rA) staarten, die chemisch identiek zijn aan de moleculen in het kristal. De poly (rA) structuur kan fysiologisch belangrijk zijn, vooral onder omstandigheden waar er een hoge lokale concentratie van mRNA is. Dit kan gebeuren waar de cellen worden benadrukt en mRNA wordt geconcentreerd in korrels binnen cellen.”

met deze informatie zullen onderzoekers de diverse structuren van RNA en hun rol in het ontwerp van nieuwe bionanomachines en in cellen in tijden van stress in kaart blijven brengen.Het onderzoek naar de poly (rA) structuur werd gefinancierd door subsidies van de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada met steun van de Canada Foundation for Innovation, de regering van Quebec, Concordia University en McGill University.