Hvordan miljøændringer påvirker formen af ​​RNA i levende celler

Virkningen af ​​miljøforhold på de dynamiske strukturer af RNA'er i levende celler er blevet afsløret af innovativ teknologi udviklet af forskere ved John Innes Centre.

Forskningen, resultatet af et samarbejde mellem grupperne af professor Dame Caroline Dean FRS og Dr. Yiliang Ding, øger vores forståelse af, hvad der sker på cellulært niveau som reaktion på miljøsignaler. Dette rejser muligheden for, at vi kan bruge denne viden til at finjustere afgrøder eller udvikle RNA-baserede terapier for sygdomme som f.eks. COVID-19 (SARS-COV-2.)

Tidligere forskning fra disse grupper viste, at to vigtige genetiske elementer COOLAIR og FLC spiller sammen for at regulere plantemolekylære reaktioner på varme og kulde. Men det var uklart, hvordan RNA-strukturen i COOLAIR bidrager til reguleringen af ​​FLC - en genetisk bremse på blomstring i planter.

Forskere i Ding-gruppen udviklede en ny teknologi, som er i stand til at profilere RNA-struktur ved opløsningen af ​​et enkelt molekyle i levende celler.

Ved at bruge denne teknik kunne de observere RNA-strukturændringer. Under varme forhold antager COOLAIR RNA tre fremherskende strukturer, og disse former og proportioner ændrede sig, efter at planterne blev udsat for kolde temperaturer.

De bemærkede, at ændringer i RNA-konformationer i en hypervariabel region af COOLAIR ændrede FLC-ekspression. Ved at introducere mutationer i sekvensen af ​​denne RNA-region var forskerne i stand til at ændre planternes blomstringstid.

Dr. Ding siger, at deres "arbejde har vist, at RNA'er kan antage forskellige konformationer eller strukturer. Disse forskellige konformationer ændrer sig dynamisk som reaktion på eksterne forhold. I denne undersøgelse ved at justere RNA-strukturen ændrede vi plantens blomstringstid."

Forståelsen af, hvordan RNA-struktur påvirker RNA-funktionen, og evnen til at konstruere plantegenomer på RNA-celleniveau, øger muligheden for at designe afgrødetyper med mere ønskværdige agronomiske og ernæringsmæssige egenskaber.

Gruppen siger, at teknologien også kan anvendes på menneskelige celler, hvor RNA-strukturer kan tjene som en guide til at designe RNA-baserede terapier.

Førsteforfatter Dr. Pan Zhu siger, at "hvert RNA sandsynligvis vil have sine egne RNA-strukturlandskaber og konformationelle mangfoldigheder. Vores teknologi vil give os mulighed for at udforske den gennemgående funktionelle betydning af RNA-strukturer i RNA'erne af interesse, såsom SARS-COV-2 ."

Gruppen vil nu se efter at dele deres nye teknologi med RNA-baserede industrielle eller akademiske samarbejdspartnere.

Under genekspressionsprocessen transskriberes DNA til RNA, som derefter bruges til at lave proteiner. RNA omtales ofte som det "magre molekyle", fordi det er enkeltstrenget, men nyere arbejde har fremhævet dets strukturelle mangfoldighed, og hvordan disse strukturer påvirker genregulering og proteinsyntese.

I planter fungerer FLC som en bremse på blomstringen, en nøgledel af en molekylær mekanisme, som sikrer, at planten kun blomstrer, når den har nået et påkrævet niveau af kuldeeksponering. COOLAIR er antisense over for FLC, binder til det og blokerer det for at blive transskriberet efter kuldepåvirkning. Viden om disse mekanismer vil være nøglen til at forstå konsekvenserne af klimaændringer.

Forskningen vises i Nature .