Новые видео показывают РНК, как никогда раньше

Исследование под руководством Северо-Западного университета раскрывает загадку того, как молекулы РНК сворачиваются, чтобы поместиться внутри клеток и выполнять определенные функции. Результаты могут помочь преодолеть барьер в понимании и разработке методов лечения болезней, связанных с РНК, включая спинальную мышечную атрофию и, возможно, даже коронавирус.

«Сворачивание РНК — это динамический процесс, фундаментальный для жизни, — сказал руководитель исследования Джулиус Б. Лакс. — РНК — очень важный элемент в диагностике и терапевтическом дизайне. Чем больше мы знаем о сворачивании и сложности РНК, тем лучше мы можем разрабатывать методы лечения».

Используя данные экспериментов по сворачиванию РНК, исследователи впервые создали основанные на данных видеозаписи того, как РНК сворачивается в процессе синтеза клеточными машинериями. Наблюдая за этим процессом, они обнаружили, что РНК часто сворачивается удивительными, возможно, неинтуитивными способами, например, завязываясь в узлы, а затем мгновенно развязываясь, чтобы достичь своей окончательной структуры.

«Сворачивание происходит в вашем теле более 10 квадриллионов раз в секунду, — сказал Лакс. — Это происходит каждый раз, когда ген экспрессируется в клетке, но мы так мало об этом знаем. Наши видео позволяют нам наконец-то впервые увидеть, как происходит сворачивание».

Исследование будет опубликовано 15 января в журнале Molecular Cell.

Лакс — доцент химической и биологической инженерии в Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета и член Центра синтетической биологии. Он совместно руководил работой с Аланом Ченом, доцентом химии в Университете Олбани.

Хотя видео сворачивания РНК существуют, компьютерные модели, которые их генерируют, полны приближений и допущений. Команда Лакса разработала технологическую платформу, которая захватывает данные о сворачивании РНК в процессе её синтеза. Затем группа использует вычислительные инструменты для анализа и организации данных, выявляя точки, где РНК сворачивается, и что происходит после этого. Анджела Ю, бывшая студентка Лакса, ввела эти данные в компьютерные модели, чтобы создать точные видео процесса сворачивания.

«Информация, которую мы даем алгоритмам, помогает компьютерным моделям самоисправляться, — сказал Лакс. — Модель создает точные симуляции, которые соответствуют данным».

Лакс и его коллеги использовали эту стратегию для моделирования сворачивания РНК под названием SRP — древней РНК, обнаруженной во всех царствах жизни. Молекула хорошо известна своей характерной шпилечной структурой. Просматривая видео, исследователи обнаружили, что молекула завязывается в узел и очень быстро развязывается. Затем она внезапно переходит в правильную шпилечную структуру, используя элегантный путь сворачивания, называемый вытеснением цепи, опосредованным toehold.

«Насколько нам известно, такого в природе никогда не наблюдалось, — сказал Лакс. — Мы считаем, что РНК эволюционировала, чтобы развязываться из узлов, потому что если узлы сохраняются, это может сделать РНК нефункциональной. Эта структура настолько важна для жизни, что ей пришлось эволюционировать, чтобы найти способ выйти из узла».