RNA dubbel helixstruktur identifierad med synkrotronljus

när Francis Crick och James Watson upptäckte den dubbla spiralformade strukturen av deoxiribonukleinsyra (DNA) 1953, började deras resultat en genetisk revolution för att kartlägga, studera och sekvensera byggstenarna i levande organismer.

DNA kodar för det genetiska materialet som överförs från generation till generation. För att informationen som kodas i DNA ska göras till proteiner och enzymer som är nödvändiga för livet, fungerar ribonukleinsyra (RNA), enkelsträngat genetiskt material som finns i ribosomerna i celler, som mellanhand. Även om det vanligtvis är enkelsträngat, har vissa RNA-sekvenser förmågan att bilda en dubbel helix, ungefär som DNA.

1961 antog Alexander Rich tillsammans med David Davies, Watson och Crick att RNA som kallas poly (rA) kunde bilda en parallellsträngad dubbelhelix.

femtio år senare kristalliserade forskare från McGill University framgångsrikt en kort RNA-sekvens, poly (rA)11, och använde data som samlats in vid den kanadensiska ljuskällan (CLS) och Cornell High Energy Synchrotron för att bekräfta hypotesen om en poly (rA) dubbelhelix.

den detaljerade 3D-strukturen för poly (rA) 11 publicerades av laboratoriet för McGill Biochemistry professor Kalle Gehring, i samarbete med George Sheldrick, University of G. Wilds och Gehring är medlemmar i Quebec structural biology association grepp. Papperet dök upp i tidskriften Angewandte Chemie International Edition under titeln ”Structure of the Parallel Duplex of Poly (A) RNA: utvärdering av en 50 år gammal förutsägelse.”

” efter 50 års studier är identifieringen av en ny nukleinsyrastruktur mycket sällsynt. Så när vi kom över de ovanliga kristallerna av poly (rA) hoppade vi på det”, säger Dr.Gehring, som också leder McGill Bionanomachines träningsprogram.

Gehring sa att identifiera det dubbla spiralformiga RNA kommer att ha intressanta tillämpningar för forskning inom biologiska nanomaterial och supramolekylär Kemi. Nukleinsyror har häpnadsväckande egenskaper för självigenkänning och deras användning som byggmaterial öppnar nya möjligheter för tillverkning av bionanomachines – nanoskala enheter skapade med syntetisk biologi.

”Bionanomachines är fördelaktiga på grund av deras extremt små storlek, låga produktionskostnader och enkel modifiering”, säger Gehring. ”Många bionanomaskiner påverkar redan vår vardag som enzymer, sensorer, biomaterial och medicinsk terapi.”

Gehring tillade att bevis på RNA – dubbelhelixen kan ha olika nedströmsfördelar för medicinska behandlingar och botemedel mot sjukdomar som AIDS, eller till och med för att hjälpa till att regenerera biologiska vävnader.

” vår upptäckt av poly (rA) – strukturen belyser vikten av grundforskning. Vi letade efter information om hur celler förvandlar mRNA till protein men vi slutade svara på en långvarig fråga från supramolekylär Kemi.”

för experimenten använde Gehring och ett team av forskare data erhållna vid CLS Canadian Macromolecular Crystallography Facility (CMCF) för att framgångsrikt lösa strukturen av poly (rA)11 RNA.

Cmcf Strållinjeforskare Michel Fodje sa att experimenten var mycket framgångsrika för att identifiera RNA-strukturen och kan få konsekvenser för hur genetisk information lagras i celler.

”även om DNA och RNA båda bär genetisk information, finns det en hel del skillnader mellan dem”, säger Dr.Fodje. ”mRNA-molekyler har poly (rA) svansar, som är kemiskt identiska med molekylerna i kristallen. Poly (rA) – strukturen kan vara fysiologiskt viktig, särskilt under förhållanden där det finns en hög lokal koncentration av mRNA. Detta kan hända där celler stressas och mRNA koncentreras i granuler i celler.”

med denna information kommer forskare att fortsätta att kartlägga de olika strukturerna av RNA och deras roller i utformningen av nya bionanomachines och i celler under tider av stress.

forskning om poly (rA) – strukturen finansierades av bidrag från Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada med stöd från Canada Foundation for Innovation, Quebecs regering, Concordia University och McGill University.