Обнаружены крупные безбелковые структуры РНК
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) известны в основном как переносчики генетической информации от ДНК к клеточным фабрикам белков. Однако некоторые молекулы РНК вообще не кодируют белки, а выполняют другие важные функции, например, регулируют экспрессию генов или катализируют химические реакции. Роли многих некодирующих РНК остаются загадкой.
Исследователи из Стэнфордского университета, Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США и Национальных институтов здоровья (NIH), изучая три массово производимые бактериальными клетками некодирующие РНК, обнаружили неожиданно сложные комплексы, состоящие исключительно из РНК. Открытие описано в журнале Nature.
«Мы обнаружили, что эти РНК сворачиваются в красивые симметричные комплексы без поддержки каких-либо белков или других молекул. Мы не видели ничего подобного в природе ранее», — сказала ведущий автор, аспирант Стэнфорда Рэйчел Креч.
КриоЭМ показывает неожиданные структуры
Чтобы понять функцию некодирующей РНК, исследователи часто удаляют её из клетки и наблюдают за последствиями. Однако для трёх изучаемых РНК этот метод не работает, так как клетки могут выжить без них.
Команда решила проанализировать трёхмерные структуры молекул РНК с помощью криогенной электронной микроскопии (криоЭМ) в SLAC.
Вместо ожидаемых компактных структур из одной цепи РНК, учёные увидели крупные комплексы, состоящие из множества цепей одной и той же РНК — структуры, возможность существования которых без поддержки белков ранее не была известна.
Две РНК собрались в структуры в форме клетки из восьми и 14 цепей соответственно, что предполагает их потенциальную способность что-то переносить внутри. Третья молекула РНК образовала алмазовидный каркас из двух «целующихся» цепей, который потенциально может работать как сенсор, где «поцелуй» образуется или разрывается в зависимости от условий.
«В Банке данных белков (Protein Data Bank) относительно мало структур, собранных исключительно из РНК, по сравнению с белковыми. Эти исследования демонстрируют мощь криоЭМ для определения молекулярной структуры этих малоизученных макромолекул, что формирует основу для поиска их биологических функций», — отметил соавтор исследования Вах Чиу.
От структуры к функции и дизайну
Следующая цель — выяснить, взаимодействуют ли эти структуры РНК с другими молекулами внутри клетки, чтобы понять их биологические функции.
«Никто раньше не представлял, для чего нужны эти замысловатые молекулы РНК. Эти неожиданные структуры наводят на мысль, что РНК могут быть клетками или сенсорами, и вдохновляют на новые биологические эксперименты и медицинские применения», — сказал соавтор Риджу Дас.
Исследование также углубляет понимание того, в какие 3D-структуры может сворачиваться заданная последовательность РНК. Возможность предсказывать такие структуры помогла бы в дизайне РНК для доставки лекарств или медицинской визуализации, но сейчас у исследователей нет надёжного инструмента для таких предсказаний.
«Я думаю, эта работа — кладезь данных для улучшения нашей способности предсказывать, как свернётся РНК, а также для того, чтобы фактически спроектировать РНК с заданной структурой», — сказала Креч.