Новая система для быстрого и точного определения структур РНК

Учёные разработали систему, которая сочетает компьютерное ПО и криоэлектронную микроскопию (cryo-EM) для определения трёхмерных структур молекул РНК с беспрецедентной скоростью, точностью и разрешением.

Прорыв в разрешении

Новая методика, разработанная в Стэнфордском университете и Национальной ускорительной лаборатории SLAC, позволила достичь разрешения до 3.1 ангстрем — почти на уровне видимости отдельных атомов.

Ключевые исследования

  1. Рибозим Tetrahymena (опубликовано в Nature):

    • Определена первая полноразмерная, почти атомная структура каталитической РНК (рибозима) из одноклеточного организма Tetrahymena.
    • Этот рибозим, открытый 40 лет назад Томасом Чеком (Нобелевская премия по химии 1989 года), был первым известным катализатором на основе РНК и служит модельным объектом для исследований.

  2. Элемент FSE вируса SARS-CoV-2 (препринт):

    • Визуализированы крошечные карманы в элементе РНК коронавируса, называемом frameshift stimulation element (FSE).
    • FSE играет ключевую роль в репликации вируса, оставаясь неизменным даже при мутациях других частей вируса, что делает его потенциальной мишенью для препаратов против COVID-19 и его вариантов.
    • На основе полученной 3D-структуры исследователи создали молекулы ДНК, которые нарушают структуру FSE, открывая потенциальный путь для разработки терапии.

Технологическая основа: конвейер Ribosolve

Методика основана на конвейере Ribosolve, разработанном до пандемии. Он объединяет:

  • Вычислительные инструменты
  • Методы химического картирования из лаборатории Das
  • Достижения в области визуализации cryo-EM

В прошлом году в Nature Methods команда сообщила об определении структур 11 молекул РНК с разрешением лучше 10 ангстрем. Новое исследование в Nature подтверждает достижение более высокого разрешения (~3.1 Å) для рибозима Tetrahymena.

Значение и перспективы

  • Для фундаментальной науки: Метод позволяет изучать «голые» молекулы РНК, которые раньше было невозможно надёжно зафиксировать для получения чётких 3D-изображений.
  • Для медицины: Система открывает путь к быстрому определению структур консервативных элементов РНК у новых вирусов и разработке противовирусных препаратов.
  • По словам профессора Wah Chiu: «Если мы можем сделать это с одной молекулой, в теории мы можем сделать это со многими другими».
  • По словам профессора Rhiju Das: «Конвейер Ribosolve может трансформировать наше понимание этих молекул и, возможно, способность разрабатывать лекарства».
2021-08-12