Nispeten basit bir yapı taşları setinden yapılmasına rağmen, ribonükleik asit (RNA) çok çeşitli karmaşık sorumluluklara sahiptir. Yapı sağlamaktan genleri düzenlemek için talimatların taşınmasına ve bunları proteinlere dönüştürmeye kadar RNA, hücresel fonksiyon için kritiktir.
Şimdi, Penn State’teki araştırmacılar, RNA’ların işlevsel olarak nasıl bu kadar çeşitli olabileceğine dair potansiyel bir açıklama ortaya koydular: bazı RNA moleküllerinin yapısındaki iki bileşenin “kaydırılmış bir yalpalama”. Araştırmayı açıklayan bir makale dergide yayınlandı Nükleik Asitler Araştırma.
Ekip, 3D RNA yapılarının büyük bir veritabanında değişen yalpalamayı tanımlamak ve karakterize etmek için “Cheminformatics” adlı bir yaklaşım uyguladı. Çalışmalarını deneysel olarak doğruladılar ve değişen sallantıların bakteriler arasında daha yaygın olduğunu buldular, bu da onları daha az hedef dışı etkiye sahip bakterileri etkileyebilecek ilaçlar için potansiyel bir hedef haline getirdi.
“DNA’nın yakın bir akrabası olmasına rağmen, RNA genetik bilgileri taşımaktan çok daha fazlasını yapabilir,” dedi Penn State’teki Eberly Bilim Koleji ve araştırma ekibinin lideri kimya ve biyokimya ve moleküler biyoloji profesörü Philip Bevilacqua.
“Reaksiyonları bir enzim olarak katalize edebilir, küçük bir molekül sensörü olarak hareket edebilir veya hücresel organellere yapı sağlayabilir. Bu fonksiyonel çeşitlilik, RNA’nın yeryüzündeki yaşamın kökeninin anahtarı olabileceği hipotezine yol açtı:” RNA, sınırlı moleküler çeşitliliği göz önüne alındığında RNA nasıl işlevsel olarak çok yönlü? “
DNA gibi, RNA da dört fonksiyonel sidekin bazlı şeker omurgasından oluşan uzun bir moleküldür. Sideshinler iki kategoriye ayrılır: daha büyük adenin (A) ve guanin (G) ve daha küçük sitozin (C) ve urasil (U). Benzer şekilde, DNA alfabesi A, G ve C kullanır, ancak U yerine timin (T) kullanır
DNA’nın aksine-çift sarmallı bir helisel yapı oluşturan bir helisel yapı oluşturur, burada A’nın her zaman diğerinde bir T ile eşleşir ve C-RNA ile G-RNA. RNA’nın 3D yapısı, DNA’ya benzer şekilde taban eşleştirmenin kısa bölgelerini oluşturan molekül tarafından oluşturulur, ancak aynı zamanda halkalar, çıkıntılar ve psödoknotlar da oluşturabilir.
Penn Eyaletinde kimya sonrası doktora sonrası bilgin ve yazının ilk yazarı MD Sharear Saon, “RNA yapısında (kovalent modifikasyonlar olarak adlandırılan) bazı değişiklikleri biliyoruz, bu da metil grubu gibi bir kimyasal etiket eklenerek RNA fonksiyonel esnekliğini artırabilir, ancak kovalent olmayan modifikasyonlar daha az iyi incelenir.” Dedi.
“Bu kovalent olmayan modifikasyonlar, yapısal ve fonksiyonel çeşitliliğe yol açabilecek alışılmadık hidrojen bağına izin veren yan değişim bazlarının moleküler yapısındaki değişiklikleri içerir.”
Kovalent olmayan modifikasyonlar, bir proton kazanan veya kaybetme, pozitif veya negatif bir yük taşımasına yol açan, tabandaki yeni bir konuma taşınan bir proton içerebilir ve bazlar arasındaki bağlayıcı ilişkiyi değiştirebilen bir totomer olarak bilinen bir yapı oluşturabilir. Ekip, bir G’nin bir C yerine U’ya bağlandığı değişiklikleri belirlemeye odaklandı.
Saon, “RNA’ların 3D yapılarını nasıl oluşturduğunun doğası nedeniyle, DNA’da gördüğümüz gibi GS’nin CS ile ve bizimle olduğu gibi her zaman mükemmel bir hizalama yoktur.” Dedi. “RNA katlanması, olağan ortağı yerine bir U ile eşleşen bir G’ye yol açtığında, uyumsuz çiftin kendilerini molekülde nasıl düzenlediği için bir yalpalama olarak adlandırılır.
“Üslerde kovalent olmayan modifikasyonların bu yalpalamanın alternatif bir ‘tamamen değiştirilmiş’ sallanma haline gelmesine neden olduğu RNA yapısındaki yerleri tanımlamak ve karakterize etmekle ilgileniyorduk.
Değiştirilmiş bir yalpalamada, G hala U ile eşleşir, ancak G standart bir yalpalamadan farklı bir konumdadır. Ekip, bu değişen GU sallanmaları için 3.000’den fazla yüksek çözünürlüklü RNA yapısı modelinin bir veritabanını aramak için keminformatik yöntemleri geliştirdi. Yöntemler, ekibin moleküler düzenlemelerini çıkarabileceği hizalanmış GS ve ABD arasındaki mesafeleri ve açıları çıkardı.
Analizleri, 1.000’den fazla değiştirilmiş sallanma örneği buldu, ancak fazlalık veya diğer potansiyel sorunlar için sıkı filtreleme, daha ileri çalışma için sayıyı 41 benzersiz değişmiş GU salçasına düşürdü.
Saon, “Kimya dilini arama terimleri olarak kullanan yöntemler icat etmek zorunda kaldık.” Dedi. “Bir yapı veritabanında hidrojen bağı mesafeleri ve açıları arıyorduk.”
Ekip, kimyasal bir bileşik DMS kullanarak değişen Gu sallantılarının varlığı için deneysel destek sağladı. Bileşik genellikle sadece C ve A bazları ile reaksiyona girer, ancak değişen yalpalama konumunda U ile reaksiyona girebilir. Test edilen orta derecede güçlü taban eşleştirme ile değiştirilen tüm GU sallanmaları için DMS U ile tepki gösterdi.
Bevilacqua, “Hesaplamalı tanımlamamız, deneysel destek ile birleştiğimiz, bu kaydırılmış GU sallantılarının doğada var olduğunu ve muhtemelen RNA’ların fonksiyonel çeşitliliğine katkıda bulunduğunu göstermektedir.” Dedi.
“Eşsiz konformasyonları ve bakterilerde bu değişen sallantılardan daha fazlasını görmemiz nedeniyle, elbette insanları içeren ökaryotlardan daha fazla, hedef dışı etkileri sınırlarken RNA işlevini bozan ilaçları tasarlamak için iyi hedefler olabilirler.”
