Исследование описывает механизм реакции ДНКзимов
Исследование Института биомедицинских исследований (IRB Barcelona), опубликованное в журнале Nature Catalysis, описывает механизм реакции, используемый ДНКзимом 9DB1 — первым катализатором на основе ДНК, чья структура была определена.
Ранее считалось, что ДНК служит лишь для стабильного и необратимого хранения генетической информации. Однако за последние десять лет открытие эпигенетического кода и обнаружение каталитических способностей нуклеиновых кислот изменили эту картину.
Группа под руководством Модесто Ороско, главы лаборатории молекулярного моделирования и биоинформатики IRB Barcelona, установила, что этот ДНКзим катализирует лигирование РНК с помощью механизма, похожего на тот, что используют природные ферменты.
Выводы исследования могут привести к улучшению существующих катализаторов и к разработке новых биокатализаторов на основе ДНК. Поскольку ДНКзимы способны проводить различные реакции с матричной РНК (mRNA) и могут вызывать сайленсинг генов, их разрабатывают для диагностических и биомедицинских приложений.
«Роль ДНКзимов как катализаторов представляет большой интерес, поскольку их синтезировать легче, чем белки и молекулы РНК, к тому же они более стабильны и дешевле. Однако до сих пор каталитический механизм ДНКзимов был неизвестен, как и различия между катализаторами из ДНК, РНК или белковыми ферментами», — отмечает Ороско, старший профессор Барселонского университета.
Целью работы команды IRB Barcelona было выяснение деталей каталитического механизма ДНКзимов. Для этого постдоки Хуан Аранда и Монтсеррат Террасас изучили ДНКзим 9DB1 на атомном уровне с помощью компьютерного моделирования, а затем экспериментально подтвердили свои выводы.
Различные вычислительные методы, от молекулярной динамики до комбинированного использования квантовой и классической механики, позволили охарактеризовать каталитическое состояние 9DB1. С помощью этих подходов исследователи впервые получили атомное описание механизма реакции ДНКзима и охарактеризовали наиболее важное взаимодействие в катализе и в переходном состоянии реакции.
Они экспериментально синтезировали in vitro варианты 9DB1, чтобы подтвердить механизм, предсказанный с помощью вычислительного подхода. Механизм реакции, используемый ДНКзимом, напоминает механизм полимераз, которые используют два двухвалентных катиона.
В заключение учёные проанализировали различия и сходства между каталитической способностью ДНК, РНК и полимераз. Ожидается, что такая атомная информация приведёт к разработке более эффективных ДНКзимов.