NanoTech ile RNA Molekülü Gerçek Modelde Görüntülendi

Genetik molekül DNA’sının eşit derecede önemli kardeşi olan RNA tarafından yapılan ve yönetilen bir dünyada yaşıyoruz. Aslında, evrimsel biyologlar, RNA’nın DNA’nın ve onun tarafından kodlanan proteinlerin ortaya çıkmasından önce bile var olduğunu ve kendi kendini kopyaladığını varsayıyorlar. Günümüzde bilim, insan genomunun %3’ünden daha azının haberci RNA (mRNA) moleküllerine kopyalandığını ve bunun da proteinlere çevrildiğini ortaya çıkardı. Buna karşılık, %82’si, yani çoğu hala esrarengiz kalan diğer işlevlere sahip RNA moleküllerine kopyalanır.

Tek bir RNA molekülünün ne yaptığını anlamak için, 3 boyutlu yapısının, kurucu atomları ve moleküler bağları düzeyinde deşifre edilmesi gerekir. Araştırmacılar, DNA ve protein moleküllerini bir X-ışını ışını (X-ışını kristalografisi) veya radyo dalgaları (nükleer manyetik rezonans) ile incelenebilen düzenli olarak paketlenmiş kristallere dönüştürerek rutin olarak incelediler. Ancak bu teknikler, moleküler bileşimleri ve yapısal esneklikleri kolayca kristal oluşturmalarını engellediğinden, RNA moleküllerine hemen hemen aynı etkinliğe uygulanamamakta.

Şimdi, Wyss Core Öğretim Üyesi Peng Yin, Ph.D. tarafından yönetilen bir araştırma, Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Biyolojiden Esinlenilmiş Mühendislik Enstitüsü’nde ve Maofu Liao, Ph.D. Harvard Tıp Okulu’nda (HMS), RNA moleküllerinin yapısal araştırmasına temelde yeni bir yaklaşım bildirmiştir. ROCK, denildiği gibi, çok sayıda aynı RNA molekülünü yüksek düzeyde organize bir yapıya birleştirmesine izin veren, tek tek RNA moleküllerinin esnekliğini önemli ölçüde azaltan ve moleküler ağırlıklarını çoğaltan bir RNA nanoteknolojik tekniği kullanır. Farklı boyut ve işlevlere sahip iyi bilinen model RNA’lara kıyaslama olarak uygulanan ekip, yöntemlerinin, kriyoelektron mikroskobu olarak bilinen bir teknikle içerdiği RNA alt birimlerinin yapısal analizini mümkün kıldığını gösterdi.(kriyo-EM). İlerlemeleri Nature Methods’da rapor edilmiştir .

Liao ile birlikte çalışmayı yöneten Yin, “ROCK, RNA yapısal araştırmalarının mevcut sınırlarını aşıyor ve mevcut yöntemlerle ve atomik çözünürlükte erişilmesi zor veya imkansız olan RNA moleküllerinin 3D yapılarının kilidinin açılmasını sağlıyor” dedi. “Bu ilerlemenin , gelişen RNA terapötikleri alanı da dahil olmak üzere birçok temel araştırma ve ilaç geliştirme alanını canlandırmasını bekliyoruz.” Yin ayrıca Wyss Enstitüsü’nün Moleküler Robotik Girişimi’nin lideridir ve HMS’de Sistem Biyolojisi Bölümü’nde Profesördür.

Yin’in Wyss Enstitüsü’ndeki ekibi, DNA tuğlaları ve DNA origami de dahil olmak üzere, DNA ve RNA moleküllerinin farklı ilke ve gereksinimlere dayalı olarak kendi kendine büyük yapılar oluşturmasını sağlayan çeşitli yaklaşımlara öncülük etmiştir. Bu tür stratejilerin, doğal olarak oluşan RNA moleküllerini, özellikle birbirine bağlayarak esneme ve hareket etme özgürlüklerinin oldukça kısıtlandığı yüksek düzeyde düzenli dairesel kompleksler halinde birleştirmek için de kullanılabileceğini varsaydılar. Birçok RNA, birbiriyle baz eşleşmesi yapan küçük segmentlerle, karmaşık ancak öngörülebilir şekillerde katlanır. Sonuç genellikle stabilize bir “çekirdek” ve çevreye doğru çıkıntı yapan “kök halkalar”dır.

Di, “Bizim yaklaşımımızda, aynı RNA’nın iki kopyasına ait farklı çevresel kök halkaları, ilgilenilen RNA’nın birden fazla kopyasını içeren genel olarak stabilize edilmiş bir halkanın oluşturulmasına izin verecek şekilde birbirine bağlayan ‘öpüşme döngüleri’ kuruyoruz” dedi. Liu, Ph.D., iki ilk yazardan biri ve Yin’in grubunda Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi. “Bu yüksek dereceli halkaların, ilk başarı ile RNA moleküllerine uygulanmış olan kriyo-EM ile yüksek çözünürlükle analiz edilebileceğini tahmin ettik.”

Bu illüstrasyon, yöntemimizin kısaltması olan ROCK’u gösteren Lascaux mağarasındaki Paleolitik kaya resminden esinlenmiştir. Figüratif olarak, arka plandaki (kahverengi) kaya sanatının kalıpları, Tetrahymena grup I intronunun mühendislik dimerik yapısının 2B projeksiyonlarıdır, öndeki ana nesne (mavi) ise yeniden yapılandırılmış 3B kriyo-EM haritasıdır. dimer, odakta bir monomer ve işbirlikçilerin RNA’nın atomik bir modelini oluşturmasına izin veren yüksek çözünürlüğe rafine edildi. Kredi: Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Enstitüsü

Stabilize edilmiş RNA’nın görüntülenmesi

Kriyo-EM’de, birçok tek parçacık, daha fazla hareketi önlemek için kriyojenik sıcaklıklarda flaşla dondurulur ve daha sonra bir elektron mikroskobu ve bir parçacığın 2B yüzey projeksiyonlarının çeşitli yönlerini karşılaştıran ve 3B mimarisini yeniden yapılandıran hesaplama algoritmalarının yardımıyla görselleştirilir. . Peng ve Liu, Liao ve onun eski yüksek lisans öğrencisi Ph.D., çalışmanın diğer ilk yazarı olan François Thélot ile birlikte çalıştılar. Liao, grubuyla birlikte hızla gelişen kriyo-EM alanına ve spesifik proteinler tarafından oluşturulan tek parçacıkların deneysel ve hesaplamalı analizine önemli katkılarda bulunmuştur.

“Cryo-EM, proteinler, DNA’lar ve RNA’lar dahil biyolojik moleküllerin yüksek çözünürlüklü ayrıntılarını görmede geleneksel yöntemlere göre büyük avantajlara sahiptir, ancak çoğu RNA’nın küçük boyutu ve hareket etme eğilimi, RNA yapılarının başarılı bir şekilde belirlenmesini engeller. RNA multimerlerini birleştirmeye yönelik yeni yöntemimiz HMS’de Hücre Biyolojisi Doçenti olan Liao, “RNA’nın boyutunu artırarak ve hareketini azaltarak bu iki sorunu aynı anda çözüyor” dedi. “Yaklaşımımız, birçok RNA’nın kriyo-EM ile hızlı yapı belirlemesine kapı açtı.” RNA nanoteknolojisi ve kriyo-EM yaklaşımlarının entegrasyonu, ekibin yöntemlerini “öpüşme döngüleri kurarak RNA oligomerizasyonu etkinleştirilmiş kriyo-EM” (ROCK) olarak adlandırmasına yol açtı.

ROCK için prensip kanıtı sağlamak için ekip, tek hücreli bir organizma olan Tetrahymena’dan büyük bir intron RNA’ya ve nitrojen sabitleyici bir bakteri olan Azoarcus’tan küçük bir intron RNA’ya ve ayrıca FMN riboswitch olarak adlandırılana odaklandı. . Intron RNA’ları, yeni kopyalanmış RNA’ların dizileri boyunca dağılmış kodlamayan RNA dizileridir ve olgun RNA’nın oluşturulabilmesi için “eklenmeleri” gerekir. FMN riboswitch, B2 vitamininden türetilen flavin metabolitlerinin biyosentezinde yer alan bakteriyel RNA’larda bulunur. Bunlardan birini, flavin mononükleotidi (FMN) bağladıktan sonra, 3D konformasyonunu değiştirir ve ana RNA’sının sentezini bastırır.

“Tetrahymena grup I intronunun halka benzeri bir yapıya birleştirilmesi, örnekleri daha homojen hale getirdi ve birleştirilmiş yapının simetrisinden yararlanan hesaplama araçlarının kullanılmasını sağladı. Veri kümemiz nispeten mütevazı boyutta olsa da, ROCK’un doğuştan gelen avantajları bize izin verdi. yapıyı benzeri görülmemiş bir çözünürlükte çözmek için” dedi Thélot. “RNA’nın çekirdeği 2.85 Å’de çözülür [bir Ångström, bir metrenin on milyarı (ABD) ve yapısal biyologlar tarafından kullanılan tercih edilen ölçüdür], nükleotid bazlarının ve şeker omurgasının ayrıntılı özelliklerini ortaya çıkarır. oraya ROCK olmadan ya da en azından çok daha fazla kaynak olmadan gelebilirdi.”

Cryo-EM ayrıca, örneğin işlevlerinin bir parçası olarak 3B konformasyonlarını değiştirirlerse, farklı durumlardaki molekülleri de yakalayabilir. Azoarcus intron RNA’sına ve FMN riboswitch’ine ROCK uygulayarak ekip, Azoarcus intronunun kendi kendine ekleme işlemi sırasında geçtiği farklı konformasyonları tanımlamayı ve FMN riboswitch’in ligand bağlama bölgesinin göreceli konformasyonel sertliğini ortaya çıkarmayı başardı. .

“Peng Yin ve işbirlikçileri tarafından yapılan bu çalışma, RNA nanoteknolojisinin diğer disiplinleri ilerletmek için bir hızlandırıcı olarak nasıl çalışabileceğini zarif bir şekilde gösteriyor. Doğal olarak oluşan birçok RNA molekülünün yapısını görselleştirebilmek ve anlayabilmek, birçok biyolojik ve patolojik anlayışımız üzerinde muazzam bir etkiye sahip olabilir. farklı hücre tipleri, dokular ve organizmalar arasında süreçler ve hatta yeni ilaç geliştirme yaklaşımlarına olanak sağlıyor” dedi.

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı phys.org sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkıda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla kullanıma izin verilmiştir.

Kaynak: https://phys.org/news/2022-05-nanotechnology-enables-visualization-rna-near-atomic.html

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz

Popüler Makaleler

More from author

Dünya Dışı Yaşam Macerası 3. Bölüm

Serimizin birinci ya da ikinci yazılarını eğer okumadıysanız okumanızı tavsiye ederiz. İkinci yazımızda sizlerle Dünya dışı canlılardan, şu ana kadar Dünya dışında amip boyutunda...

Dünya Dışı Yaşam Macerası 2. Bölüm

Serinin ilk yazısına buradan ulaşabilirsiniz. Bir önceki yazımızda kısaca Dünya'mızın, Güneş sistemimizin ve hatta galaksimizin sınırlı bir ömrü olduğundan ve bu sebeple insanlığın ebediyyen...

Dünya Dışı Yaşam Macerası 1. Bölüm

Değerli okuyucular yaklaşık 3 yazıdan oluşak bu yazı dizisinde insanlığın Dünya dışı kolonileşme serüveni, Dünya dışı yaşam, uzaylı kavramının irdelenmesi ve son yazıda da...