We leven in een wereld gemaakt en gerund door RNA, de even belangrijke broer of zus van het genetische molecuul DNA. In feite veronderstellen evolutionaire biologen dat RNA al bestond en zichzelf repliceerde zelfs vóór het verschijnen van DNA en de eiwitten die erdoor worden gecodeerd. Snel vooruit naar de moderne mens: de wetenschap heeft onthuld dat minder dan 3% van het menselijk genoom wordt getranscribeerd in messenger-RNA (mRNA) -moleculen die op hun beurt worden vertaald in eiwitten. Daarentegen wordt 82% ervan getranscribeerd in RNA-moleculen met andere functies, waarvan er vele nog steeds raadselachtig zijn.
Om te begrijpen wat een individueel RNA-molecuul doet, moet zijn 3D-structuur worden ontcijferd op het niveau van de samenstellende atomen en moleculaire bindingen. Onderzoekers hebben routinematig DNA- en eiwitmoleculen bestudeerd door ze te veranderen in regelmatig opeengepakte kristallen die kunnen worden onderzocht met een röntgenbundel (röntgenkristallografie) of radiogolven (nucleaire magnetische resonantie). Deze technieken kunnen echter niet met bijna dezelfde effectiviteit op RNA-moleculen worden toegepast, omdat hun moleculaire samenstelling en structurele flexibiliteit voorkomen dat ze gemakkelijk kristallen vormen.
Nu, een onderzoekssamenwerking onder leiding van Wyss Core Faculty-lid Peng Yin, Ph.D. aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University, en Maofu Liao, Ph.D. aan de Harvard Medical School (HMS), heeft een fundamenteel nieuwe benadering van het structurele onderzoek van RNA-moleculen gerapporteerd. ROCK, zoals het wordt genoemd, gebruikt een RNA-nanotechnologische techniek waarmee het meerdere identieke RNA-moleculen kan assembleren tot een sterk georganiseerde structuur, die de flexibiliteit van individuele RNA-moleculen aanzienlijk vermindert en hun molecuulgewicht vermenigvuldigt. Toegepast op bekende model-RNA’s met verschillende groottes en functies als benchmarks, toonde het team aan dat hun methode de structurele analyse van de aanwezige RNA-subeenheden mogelijk maakt met een techniek die bekend staat als cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM). Hun vooruitgang wordt gerapporteerd in Nature Methods.
“ROCK doorbreekt de huidige limieten van RNA-structureel onderzoek en maakt het mogelijk om 3D-structuren van RNA-moleculen te ontsluiten die moeilijk of onmogelijk toegankelijk zijn met bestaande methoden en met een bijna-atomaire resolutie”, zei Yin, die samen met Liao het onderzoek leidde. . “We verwachten dat deze vooruitgang veel gebieden van fundamenteel onderzoek en medicijnontwikkeling zal stimuleren, inclusief het ontluikende veld van RNA-therapieën.” Yin is ook een leider van het Molecular Robotics Initiative van het Wyss Institute en professor in de afdeling Systeembiologie van HMS.
Controle krijgen over RNA
Het team van Yin van het Wyss Institute heeft verschillende benaderingen ontwikkeld waarmee DNA- en RNA-moleculen zichzelf kunnen assembleren tot grote structuren op basis van verschillende principes en vereisten, waaronder DNA-stenen en DNA-origami. Ze veronderstelden dat dergelijke strategieën ook zouden kunnen worden gebruikt om natuurlijk voorkomende RNA-moleculen te assembleren tot zeer geordende cirkelvormige complexen waarin hun vrijheid om te buigen en te bewegen sterk wordt beperkt door ze specifiek aan elkaar te koppelen. Veel RNA’s vouwen op complexe maar voorspelbare manieren, waarbij kleine segmenten basenparen met elkaar. Het resultaat is vaak een gestabiliseerde “kern” en “stam-lussen” die uitpuilen in de periferie.
Bron: lees het gehele artikel