Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Nøyaktig datamaskinmodell av RNA tetraloop

Anonim

En beregningsmodell utviklet av forskere ved Rensselaer Polytechnic Institute er den første til å nøyaktig simulere komplekse vendinger av en kort sekvens av RNA da den brettes inn i en kritisk hårnålestruktur kjent som en "tetraloop". Forskningen, publisert i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences, er et glimt av RNA, som finnes i alt liv på jorden, og kan fremme en rekke forskningsområder, blant annet søket etter nye antibiotika og botemidler for proteinrelaterte sykdommer.

annonse


Eksisterende beregningsmodeller, basert på DNA i stedet for RNA, oppnår ikke atomnivå nøyaktigheten av den nye modellen, sier Angel Garcia, leder av Institutt for fysikk, anvendt fysikk og astronomi innen vitenskapsskolen på Rensselaer og senior konstellasjon professor i biokomputasjon og bioinformatikk Constellation, som skrev med Alan Chen, en postdoktor ved Rensselaer. Den nye modellen Garcia og Chen opprettet kan simulere sammenleggingen av tre kjente versjoner av en tetraloop, nøyaktig innen en ti milliarderste meter.

RNA er involvert i mange biologiske funksjoner, som for eksempel byggeproteiner, koding og dekoding av gener og cellulær regulering. RNA-molekyler består av strenger av fire forskjellige "baser" - cytosin, guanin, adenin og uracil - montert på sukkerfosfat-ryggrad. Når sekvensen er satt sammen, påvirker de enkelte basene med naboene sine, vri og svinger på de hengslede kjemiske bindingene som forbinder dem med ryggraden. Når prosessen er fullført, har RNA foldet inn i sin "tertiære" struktur, som påvirker funksjonen. Selv om forskere enkelt kan endre rekkefølgen av molekyler, uten nøyaktig datamodellering der, kan de ikke lett se den tertiære strukturen av deres opprettelse.

"I dag tar det folk fra molekylærbiologer, virologer, cellebiologer, tusenvis av dollar og år med studier for å se strukturen til et RNA de har laget, endret eller studerer, sier Chen. "Det er mange forskere som jobber med RNA i virus og hvordan det angriper cellen, og mens de lett kan endre sekvensen, jobber de i det hele tatt uten å se effektene av deres endringer i molekylære detaljer. På grunn av dette er det mange forsøk og feil, og vårt arbeid har som mål å hjelpe det. "

Garcia og Chen sa at, i motsetning til DNA, som vanligvis vrikker to tråder av baser i en klassisk dobbelt-helix, er RNA enkeltstrenget og bretter seg på seg selv og danner mange uvanlige strukturer. En tetraloop er en liten del av enkeltstrenget RNA som er sløyfet i form av et hårnål, hvor kurven dannes av fire baser. Selv sekvensen av baser i en tetraloop er uvanlig, bryter en standardarrangement beskrevet av banebrytende DNA forskere James Watson og Francis Crick.

For å skape en effektiv beregningsmodell måtte Garcia og Chen matche den unike "oppskriften" for å vri og svinge forbudt av samspillet mellom basene.

"Tenk deg om du prøver å lage en oppskrift på Mario Batali, " sa Garcia, med henvisning til en populær kokk. "Jeg forteller deg at det har vann, salt, fisk og pasta - gå til å lage sin oppskrift. Problemet er at du ikke vet hvor mye av hver og i hvilken rekkefølge."

I stedet for en oppskrift på matredienser, skapte Garcia og Chen en beregningsmessig oppskrift for samspillet mellom basene i sekvensen av en tetraloop.

"Problemet er å balansere forskjellige krefter. Det er handlingene mellom basene som de stabler oppå hverandre, samspillet mellom basene med vann, rotasjonen av basene i forhold til et sukker. Det er ting som endrer balansen, sier Garcia.

Garcia sa tetraloops er et viktig studieområde fordi de forekommer i alle organismer, spesielt i ribosomer, som produserer proteiner for levende celler. Statistisk sett kan det være så mange som 256 mulige sekvenser av de fire basene, men bare tre sekvenser vises faktisk i tetraloops. Når de er dannet, er de svært stabile, og overlaster andre strukturer når de blir utsatt for den destruktive kraften av økende varme.

"Tetraloops er sekvenser som er sterkt konserverte gjennom evolusjonen, du finner dem overalt, fra bakterier til mennesker, " sa Garcia. "Fra en organisme til en annen, kan mange ting forandre seg, men når tetraloops endres, endres de fra en sekvens av fire baser til en av de tre andre. De stabler mot hverandre, og de er hyperstabile. Og det er en grunn til at de bli arrangert slik de er. "

.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. AA Chen, AE Garcia. Høyoppløselig reversibel folding av hyperstabile RNA tetraloops ved bruk av molekylære dynamikk simuleringer . Foredrag av Nasjonalt akademi for vitenskap, 2013; DOI: 10, 1073 / pnas.1309392110