Struktura podwójnej helisy RNA zidentyfikowana za pomocą światła synchrotronowego

kiedy Francis Crick i James Watson odkryli podwójną strukturę spiralną kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) w 1953 roku, ich odkrycia rozpoczęły genetyczną rewolucję w mapowaniu, badaniu i sekwencjonowaniu budulców żywych organizmów.

DNA koduje materiał genetyczny przekazywany z pokolenia na pokolenie. Aby informacje zakodowane w DNA mogły zostać przekształcone w białka i enzymy niezbędne do życia, kwas rybonukleinowy (RNA), jednoniciowy materiał genetyczny znajdujący się w rybosomach komórek, służy jako pośrednik. Chociaż zwykle jednoniciowe, niektóre sekwencje RNA mają zdolność do tworzenia podwójnej helisy, podobnie jak DNA.

w 1961 roku Alexander Rich wraz z Davidem Daviesem, Watsonem i Crickiem wysunął hipotezę, że RNA znane jako poli (rA) może tworzyć podwójną helisę o równoległej nici.

pięćdziesiąt lat później naukowcy z McGill University z powodzeniem skrystalizowali krótką sekwencję RNA, Poli (rA)11 i wykorzystali dane zebrane w kanadyjskim źródle światła (CLS) i synchrotronie Cornella o wysokiej energii, aby potwierdzić hipotezę podwójnej helisy Poli (rA).

szczegółowa struktura 3D Poli (rA)11 została opublikowana przez laboratorium profesora Biochemii McGilla Kalle Gehringa, we współpracy z George ’ em Sheldrickiem z Uniwersytetu w Getyndze i Christopherem Wildsem z Uniwersytetu Concordia. Wilds i Gehring są członkami Quebec structural biology association. Artykuł ukazał się w czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition pod tytułem „Structure of the Parallel Duplex of Poly (a) RNA: Evaluation of a 50 year-Old Prediction.”

” po 50 latach badań identyfikacja nowej struktury kwasu nukleinowego jest bardzo rzadka. Więc kiedy natknęliśmy się na niezwykłe kryształy Poli (rA), wskoczyliśmy na nie”, powiedział dr Gehring, który również kieruje programem szkoleniowym Bionanomachines McGill.

Gehring powiedział, że zidentyfikowanie podwójnego helikalnego RNA będzie miało ciekawe zastosowania do badań w nanomateriałach biologicznych i chemii supramolekularnej. Kwasy nukleinowe mają zdumiewające właściwości samo-rozpoznawania, a ich zastosowanie jako materiału budowlanego otwiera nowe możliwości wytwarzania bionanomaszyn – nanoskali urządzeń stworzonych przy użyciu biologii syntetycznej.

„Bionanomaszyny są korzystne ze względu na ich niezwykle małe rozmiary, niskie koszty produkcji i łatwość modyfikacji”, powiedział Gehring. „Wiele bionomaszyn wpływa już na nasze codzienne życie jako enzymy, czujniki, biomateriały i środki lecznicze.”

Gehring dodał, że dowód na istnienie podwójnej helisy RNA może mieć różne korzyści dla leczenia i leczenia chorób takich jak AIDS, a nawet pomóc w regeneracji tkanek biologicznych.

” nasze odkrycie struktury poli (rA) podkreśla znaczenie badań podstawowych. Szukaliśmy informacji o tym, w jaki sposób komórki przekształcają mRNA w białko, ale skończyło się na odpowiedzi na długotrwałe pytanie z chemii supramolekularnej.”

do eksperymentów Gehring i zespół naukowców wykorzystali dane uzyskane w CLS Canadian Macromolecular Crystallography Facility (CMCF), aby skutecznie rozwiązać strukturę RNA Poli (rA)11.

Naukowiec linii CMCF Michel Fodje powiedział, że eksperymenty były bardzo skuteczne w identyfikacji struktury RNA i mogą mieć konsekwencje dla tego, jak informacja genetyczna jest przechowywana w komórkach.

„chociaż zarówno DNA, jak i RNA zawierają informację genetyczną, istnieje między nimi sporo różnic”, powiedział dr Fodje. „cząsteczki mRNA mają ogony Poli (rA), które są chemicznie identyczne z cząsteczkami w krysztale. Struktura Poli (rA) może mieć znaczenie fizjologiczne, zwłaszcza w warunkach, w których występuje wysokie lokalne stężenie mRNA. Może się to zdarzyć, gdy komórki są zestresowane, a mRNA staje się skoncentrowany w granulkach w komórkach.”

dzięki tym informacjom badacze będą nadal mapować różnorodne struktury RNA i ich rolę w projektowaniu nowych bionanomachin oraz w komórkach w czasach stresu.

badania nad strukturą poly (rA) zostały sfinansowane z grantów z Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada przy wsparciu kanadyjskiej Fundacji Innowacji, rządu Quebecu, Uniwersytetu Concordia i Uniwersytetu McGill.