RNA折叠见解导致新疗法和合成生物学技术

西北工程由朱利叶斯挚教授领导的研究小组发现了一个新的了解RNA分子作为细胞生物传感器的监测和应对环境的变化通过控制基因的表达。研究结果可能会影响未来的设计RNA-specific疗法以及新的合成生物学工具,测量环境中的毒素的存在。

RNA分子存储和传播中发挥关键作用的基因信息,如DNA、以及执行功能的关键生命系统像蛋白质。它的核心功能是它能够接受羊细胞内折叠成复杂的形状。

使用高通量下一代测序技术开发了在他的实验室里,化学图像动态形状RNA折叠成,挚发现相似之处折叠倾向在一个家庭的RNA分子,称为riboswitches。Riboswitches作为天然生物传感器监控内部和外部的细胞状态。当一个riboswitch绑定到一个分子,它改变它的形状,引起基因表达的变化。

“这些riboswitches已经进化到折叠成特定的形状,这样他们就可以识别其他化合物,绑定时改变其形状,并最终诱导基因表达的变化,“挚说,副主任和教授麦考密克工程学院化学和生物工程。“有小研究关于如何可以折叠和调整这些形状,尤其是因为他们这么做之前rna完全。我们知道有一个进化压力不仅对rna折叠成最终的结构,但有一个途径同样有效。”

论文概述了工作,题为“盒子氧的配位体封闭的链置换机制Riboswitch转录控制,”发表在《华尔街日报》10月21日化学生物学性质。这项研究也出现在《华尔街日报》的“新闻和观点”部分。

挚作为论文的通讯作者,而埃里克•Strobel贝克曼博士后挚的集团,担任该研究的主要作者。博士生凯瑟琳•伯曼和Luyi Cheng和博士前的访问学者保罗•卡尔森挚的实验室,也导致了研究。

挚的研究建立在过去的研究和他的团队开发了一个平台,提供超高分辨率的表征的RNA RNA合成形状改变。

发现折叠相似之处

以前,挚和他的团队用他们的高分辨率的系统研究riboswitch感觉到氟离子。在化学生物学性质纸,他应用系统riboswitch负责感知自然细胞alarmone分子称为盒子氧,挚说函数作为一个“报警触发”细胞。

尽管riboswitches结构和功能差异和各自的目标化合物,挚发现在这两种情况下,riboswitches遵循了同样的折叠途径——一系列形状通过是合成RNA分子的进展。

使用高通量下一代测序技术,朱利叶斯挚教授发现相似之处折叠倾向在一个家庭的RNA分子,称为riboswitches。

“一旦rna,他们立即认识到分子折叠成一个形状。如果分子存在,锁住和保留了结构形状,”挚说。“如果分子不存在,RNA的瓦解。我们发现,发生在两个实例。

“不管你是想做一个纸鹤或者青蛙,前几个步骤是几乎一样的,”他补充说。“虽然这些rna看起来不同,它们惊人相似,当你将它们分解为他们的折叠指令序列。发现这些共同特征的链接为编码这些原则奠定了基础设计元素为当我们想利用他们自己的用途。”

这些可能包括使用未来的药物传输策略。虽然许多疗法是为了治疗疾病蛋白质错误折叠引起的,如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症的挚相信他的实验室的工作可以通知努力治疗疾病被认为是触发在RNA水平,包括脊髓性肌肉萎缩症、神经肌肉疾病所致的mis-splicing SMN基因。

“你可能不仅想目标的最终结构的RNA分子,因为他们都折叠的结构,而且结构的折叠过程进入,”他说。

结果也表示积极的一步利用RNA的能力作为一个自然的生物传感器。与西北的合成生物学中心和水研究中心,挚和他的实验室正在如何低成本合成生物学平台中使用riboswitches检测环境中的毒素,影响作物的健康和水质等领域。

“正如我们了解更多关于背后的架构rna是如何工作的,我们将寻求理解如何让他们更好的工作,“挚说。“自然可能让他们做一件事,但我们希望他们为我们工作更快或更敏感。我们仍在学习如何做,但我们接近这一水平的细节,我们才能真正设计围绕这些原则。”

参考:Strobel et al . 2019。ligand-gated链盒子氧riboswitch转录控制位移机制。化学生物学性质。DOI:https://doi.org/10.1038/s41589 - 019 - 0382 - 7。

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