Как танцуют РНК: удивительный механизм саморегуляции молекул
Видео с высоким разрешением изображают прыгающую цепочку нуклеотидов, строительных блоков РНК; по мере того как одна цепь РНК становится длиннее, они танцуют и скручиваются в различные трехмерные формы, меняя одну конфигурацию за другой.
После полной сборки РНК принимает свою окончательную форму, которая определяет, как она может взаимодействовать с другими молекулами и белками в клетке. Но по пути РНК может попасть в «узлы», которые необходимо развязать, чтобы сформироваться во что-то функциональное.
«Значит, РНК должна попросту выбраться из этой ситуации», — заявил автор исследования Джулиус Лакс, доцент кафедры химической и биологической инженерии и член Центра синтетической биологии Северо-Западного университета. По его словам, РНК не будет функционировать правильно, если останется в форме неровного узла. «Удивительно то, как РНУ удается распутываться из самых сложных позиций... Мы смогли понять это только благодаря видео с высоким разрешением», — пояснил он.
В новом исследовании, опубликованном 15 января в журнале Molecular Cell, Лакс и его коллеги опубликовали ролики о РНК, используя экспериментальные данные и компьютерный алгоритм. Цель состояла в том, чтобы подробнее рассмотреть, как формируется РНК для лучшего понимания базовой биологии клетки и для того, чтобы лучше подбирать терапию для связанных с этим процессом заболеваний.
Чтобы увидеть, как клетки формируют эту РНК, команда использовала химические вещества, чтобы приостановить процесс «строительства». Когда к РНК добавлялись новые нуклеотиды, исследователи делали паузу, а затем записывали, как эти нуклеотиды взаимодействовали с другими, уже входившими в состав, и какие формы все они образовывали вместе.
Собрав данные от множества отдельных молекул РНК, команда визуализировала их в изображения того, как РНК обычно строит себя во времени. Эти «снимки» служили отдельными кадрами в том, что впоследствии стало финальным роликом образования РНК. Специальный алгоритм, по сути, объединил отдельные кадры в мини-фильмы и заполнил промежутки между кадрами с наиболее вероятными взаимодействиями нуклеотидов.
Предполагается, что SNP-РНК имеет характерную форму, напоминающую шпильку. По мере того, как к последовательности добавляется больше нуклеотидов, новые частички естественным путем помогают распутать узел, вытесняя запутавшихся и пойманных в петлю сородичей.
Большой вопрос заключается в том, может ли РНК самостоятельно выпутываться из этих узлов или иногда ей нужны вспомогательные белки, чтобы облегчить процесс. Возможно, некоторые белки действуют как так называемые «шапероны РНК» и помогают придать молекуле ее окончательную форму – но это еще предстоит выяснить.
Ученые буквально покадрово смонтировали процесс того, как РНК сама распутывает сложные узлы и петли по мере роста