Structura dublu helix ARN identificată folosind lumina sincrotron

când Francis Crick și James Watson au descoperit structura dublă elicoidală a acidului dezoxiribonucleic (ADN) în 1953, descoperirile lor au început o revoluție genetică pentru a cartografia, studia și secvențializa blocurile de construcție ale organismelor vii.

ADN-ul codifică materialul genetic transmis din generație în generație. Pentru ca informațiile codificate în ADN să fie transformate în proteine și enzime necesare vieții, acidul ribonucleic (ARN), material genetic monocatenar găsit în ribozomii celulelor, servește ca intermediar. Deși de obicei monocatenare, unele secvențe de ARN au capacitatea de a forma o dublă helix, la fel ca ADN-ul.

în 1961, Alexander Rich împreună cu David Davies, Watson și Crick, au emis ipoteza că ARN-ul cunoscut sub numele de poli (rA) ar putea forma o spirală dublă cu catenă paralelă.

cincizeci de ani mai târziu, oamenii de știință de la Universitatea McGill au cristalizat cu succes o secvență scurtă de ARN, poli (rA)11, și au folosit datele colectate de la sursa de lumină Canadiană (CLS) și Cornell High Energy Synchrotron pentru a confirma ipoteza unei poli (rA) dublu-helix.

structura 3D detaliată a poly (rA)11 a fost publicată de laboratorul profesorului de Biochimie McGill Kalle Gehring, în colaborare cu George Sheldrick, Universitatea din G și Christopher Wilds, Universitatea Concordia. Wilds și Gehring sunt membri ai Asociației de biologie structurală din Quebec. Lucrarea a apărut în revista Angewandte Chemie International Edition sub titlul „structura duplexului paralel al Poli (a) ARN: evaluarea unei predicții vechi de 50 de ani.”

” după 50 de ani de studiu, identificarea unei noi structuri de acid nucleic este foarte rară. Deci, când am dat peste cristalele neobișnuite ale lui poly (rA), am sărit pe el”, a spus Dr.Gehring, care conduce și programul de antrenament McGill Bionanomachines.

Gehring a spus că identificarea ARN-ului dublu-elicoidal va avea aplicații interesante pentru cercetarea nanomaterialelor biologice și a chimiei supramoleculare. Acizii nucleici au proprietăți uluitoare de auto-recunoaștere, iar utilizarea lor ca material de construcție deschide noi posibilități pentru fabricarea bionanomașinelor – dispozitive la scară nanometrică create folosind biologia sintetică.

„Bionanomașinile sunt avantajoase datorită dimensiunilor extrem de mici, costului redus de producție și ușurinței modificării”, a spus Gehring. „Multe bionanomașini ne afectează deja viața de zi cu zi ca enzime, senzori, biomateriale și terapeutice medicale.”

Gehring a adăugat că dovada dublei spirale ARN poate avea diverse beneficii în aval pentru tratamentele medicale și tratamentele pentru boli precum SIDA sau chiar pentru a ajuta la regenerarea țesuturilor biologice.

„descoperirea structurii poli (rA) evidențiază importanța cercetării de bază. Căutam informații despre modul în care celulele transformă ARNm în proteine, dar am ajuns să răspundem la o întrebare de lungă durată din chimia supramoleculară.”

pentru experimente, Gehring și o echipă de cercetători au folosit datele obținute la instalația de Cristalografie macromoleculară Canadiană CLS (CMCF) pentru a rezolva cu succes structura ARN-ului poli (rA)11.

cercetătorul Cmcf Beamline, Michel Fodje, a declarat că experimentele au avut un mare succes în identificarea structurii ARN-ului și pot avea consecințe asupra modului în care informațiile genetice sunt stocate în celule.

” deși ADN-ul și ARN-ul poartă atât informații genetice, există destul de multe diferențe între ele”, a spus Dr.Fodje. „moleculele de ARNm au cozi poli (rA), care sunt identice din punct de vedere chimic cu moleculele din cristal. Structura poli (rA) poate fi importantă din punct de vedere fiziologic, în special în condițiile în care există o concentrație locală ridicată de ARNm. Acest lucru se poate întâmpla în cazul în care celulele sunt stresate și ARNm devine concentrat în granule în interiorul celulelor.”

cu aceste informații, cercetătorii vor continua să cartografieze diversele structuri ale ARN – ului și rolurile lor în proiectarea noilor bionanomașini și în celule în perioadele de stres.

cercetarea structurii poli (rA) a fost finanțată prin granturi de la Consiliul de cercetare în științe naturale și Inginerie din Canada, cu sprijinul Fundației Canada pentru Inovare, Guvernul din Quebec, Universitatea Concordia și Universitatea McGill.