Подобно выключателю света, РНК-переключатели определяют, какие гены включаются, а какие выключаются. Хотя это может показаться простым процессом, внутренняя работа этих переключателей десятилетиями не давала покоя биологам.
Теперь исследователи из Northwestern University обнаружили, что одна часть РНК плавно вторгается и вытесняет другую часть той же самой РНК, позволяя структуре быстро и резко менять форму. Этот механизм, называемый «смещением нити», по-видимому, переключает генетическую экспрессию с «включено» на «выключено».
Используя симуляцию, которую они запустили в прошлом году, исследователи сделали это открытие, наблюдая вблизи и в действии замедленную симуляцию рибопереключателя.
Названный R2D2 (сокращение от «реконструкция динамики РНК из данных», «reconstructing RNA dynamics from data»), новая симуляция моделирует РНК в трех измерениях, поскольку она связывается с соединением, взаимодействует по своей длине и складывается, чтобы «включить» или «выключить» ген.
Полученные результаты могут иметь потенциальное значение для разработки новой диагностики на основе РНК и для разработки успешных лекарств, нацеленных на РНК для лечения болезней и болезней.
Исследование описано в новой статье, опубликованной в журнале Nucleic Acids Research (NAR), в котором исследование названо «Прорывной статьей».
NAR как правило, предоставляет статус «Прорывной статьи» за наиболее важные исследования, отвечающие на давние вопросы в области исследований нуклеиновых кислот.
Хотя сворачивание РНК происходит в организме человека более 10 квадриллионов раз в секунду — каждый раз, когда ген экспрессируется в клетке, — исследователи очень мало знают об этом процессе. Чтобы помочь визуализировать и понять загадочный, но важный процесс, ученые представили R2D2 в прошлом году в статье, опубликованной в журнале Molecular Cell.
Используя разработанную технологическую платформу, R2D2 собирает данные, связанные с укладкой РНК, по мере ее создания.
Затем он использует вычислительные инструменты для получения и организации данных, выявляя точки, где РНК сворачивается, и что происходит после того, как она сворачивается.
«Что такого новаторского в подходе R2D2… так это то, что он объединяет экспериментальные данные о сворачивании РНК на уровне нуклеотидов с алгоритмами прогнозирования на атомном уровне для имитации сворачивания РНК в сверхмедленном движении», — говорят исследователи.
«Хотя другие компьютерные симуляции были доступны в течение десятилетий, им не хватало столь необходимых экспериментальных данных этого сложного процесса складывания, чтобы подтвердить их математическое моделирование».
С этим новым пониманием все готово для оптимизации рибопереключателя для выполнения полезных задач.
Переключатель можно использовать, например, для диагностики на основе синтетической биологии — он спроектирован так, чтобы «включаться» в присутствии загрязнителя окружающей среды. Изучая этот рибопереключатель, исследователи также извлекут знания, которые могут привести к новым подходам к созданию лекарств, нацеленных на РНК, или новых классов антибиотиков.
Источник: Nucleic Acids Research (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac102