Новый подход к определению множественных структур РНК

Экспериментальные данные и компьютерное моделирование позволили разработать инновационную методику для характеристики конфигураций молекулы РНК. Работа, опубликованная в Nucleic Acids Research, открывает новые пути для изучения динамических молекулярных систем.

Многофункциональность рибонуклеиновой кислоты (РНК) обусловлена её гибкой и динамичной структурой. Однако экспериментальная характеристика её конфигураций сложна. Исследование, проведённое SISSA и опубликованное в Nucleic Acids Research, объединяет экспериментальные данные и симуляции молекулярной динамики для реконструкции множественных доминантных и минорных структур одного фрагмента РНК.

"РНК играет центральную роль в процессе синтеза белка и его регуляции благодаря структуре, которая динамично меняется от одного состояния к другому", — объясняет физик Джованни Буссси. "Это набор конфигураций с доминантной структурой, которую молекула сохраняет большую часть времени, и некоторых низкопопуляционных структур, которые встречаются реже, но столь же важны для её функции и взаимодействия с другими молекулами".

Экспериментальные методы, такие как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), теоретически позволяют исследовать эти наборы конфигураций. Однако для определения структуры молекулы часто делается предположение о существовании единственной релевантной конформации. Если не используются особо сложные экспериментальные подходы, они дают "усреднённую" структуру — математическое среднее множественных состояний, которое в динамических системах не существует в реальности.

Джованни Буссси и Сабина Райссер в сотрудничестве с группой нейробиолога Стефано Густинчича из Итальянского технологического института (IIT) разработали новый способ идентификации конфигураций молекулы РНК. Учёные изучили фрагмент РНК с характерной шпилечной структурой, играющей важную роль в регуляции синтеза белка. Комбинируя данные ЯМР с симуляциями молекулярной динамики, они смоделировали различные состояния молекулы, включая низкопопуляционные, и определили те, которые способны воспроизвести "усреднённую" структуру, полученную эмпирически.

Затем учёные провели поиск в Protein Data Bank — базе данных молекулярных структур, полученных экспериментально: "Мы обнаружили некоторые низкопопуляционные конфигурации, идентифицированные с помощью симуляций, в других молекулах РНК, включая рибосомальные РНК (рРНК) рибосом — молекулярных машин, ответственных за синтез белка. Таким образом, мы подтвердили существование этих множественных структур в природе и предположили их потенциальную роль на рибосомальном уровне", — заключает Буссси. "Мы продемонстрировали валидность этого инновационного подхода, который открывает новые пути для изучения молекулярных структур в высокодинамичных системах, где сосуществуют состояния с разной популяцией".