Forskere opdager, hvordan RNA poII opretholder nøjagtig transkription med supercomputer

Livets budskab er kodet i vores genomiske DNA gennem transkription af messenger -RNA'er og translation af proteiner til at udføre cellulære funktioner. For at sikre nøjagtig transkription - en proces, der transskriberer genomisk DNA til messenger -RNA ved at tilføje nukleotider en efter en som bogstaver i alfabetet, et enzym kaldet RNA-polymerase II syntetiserer og korrekturlæser messenger-RNA for at fjerne eventuelle forkert inkorporerede nukleotider, der ikke matcher DNA-skabelonen.

Selvom RNA -polymerase II var kendt for at være kritisk for at sikre nøjagtigheden af ​​transkription, det havde været et mangeårigt puslespil om, hvordan dette enzym udfører denne vanskelige opgave. Bestemmelse af de underliggende mekanismer kan give indsigt i fejl begået under denne ellers meget præcise transkriptionsproces, som kan føre til forskellige menneskelige sygdomme.

Et forskerhold ledet af prof. Huang Xuhui, Padma Harilela lektor i naturvidenskab i Institut for Kemi og Institut for Kemisk og Biologisk Teknik ved HKUST rapporterer nu mekanismen for RNA -polymerase II til at rette fejl i RNA -syntese. Når et nukleotid tilføjes ved en fejl, RNA-polymerase II kan spole tilbage ved at bevæge sig baglæns (kaldet backtracking) og spalte dette forkert inkorporerede nukleotid. Forskergruppen fandt ud af, at mens specifikke aminosyrerester af RNA -polymerase II er kritiske for backtracking, spaltning af det forkert inkorporerede nukleotid kræver kun selve RNA'et (dvs. phosphatoxygen fra forkert inkorporeret nukleotid).

"RNA -polymerase II er som en molekylær maskine i cellen. Naturen designer smart denne maskine til at katalysere to forskellige kemiske reaktioner på et enkelt aktivt sted uden at blive blandet sammen. Mens normal RNA -syntese kræver specifikke aminosyrerester af RNA -polymerase II, vi fandt ud af, at fjernelsen af ​​det ikke -matchede nukleotid ikke er afhængig af nogen aminosyrerester. Denne molekylære maskine koordinerer problemfrit disse to funktioner på et aktivt sted, "sagde prof. Huang." Vores opdagelse giver værdifuld indsigt i, hvordan transkription kan gå galt i ældning og syge celler, og i hvilket omfang transskriptionsfejl kan føre til forskellige menneskelige sygdomme. "

"Vores arbejde er kun muligt med de store højtydende computerressourcer, der for det meste leveres af Shaheen Supercomputer i samarbejde med King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)", Professor Huang tilføjede. "Vores kvantemekanik og molekylære dynamikberegninger brugte i alt 20 millioner CPU -kernetimer."

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i prestigefyldt videnskabeligt tidsskrift Naturkatalyse .