Superhurtig indsigt i mobilbegivenheder

På samme måde som en enkelt brik af et puslespil passer ind i helheden, molekylet hypoxanthin binder sig til en ribonukleinsyre (RNA) kæde, som så ændrer sin tredimensionelle form inden for et sekund og derved udløser nye processer i cellen. Takket være en forbedret metode, forskere er nu i stand til at følge næsten ufatteligt små strukturelle ændringer i celler, efterhånden som de udvikler sig – både med hensyn til tid og rum. Forskergruppen ledet af professor Harald Schwalbe fra Center for Biomolecular Magnetic Resonance (BMRZ) på Goethe Universitet er lykkedes, sammen med forskere fra Israel, ved at accelerere hundrede tusinde gange den nukleare magnetiske resonans (NMR) metode til undersøgelse af RNA.

"Dette giver os for første gang mulighed for at følge dynamikken i strukturelle ændringer i RNA med samme hastighed, som de forekommer i cellen, " siger Schwalbe, beskriver dette videnskabelige gennembrud, og understreger:"Holdet under ledelse af Lucio Frydman fra Weizmann -instituttet i Israel leverede et vigtigt bidrag her."

De nye typer af NMR -eksperimenter bruger vandmolekyler, hvis atomer kan følges i et magnetfelt. Schwalbe og hans team producerer hyperpolariseret vand. For at gøre det, de tilføjer en forbindelse til vandet, som har permanent uparrede elektronradikaler. Elektronerne kan justeres i magnetfeltet gennem excitation med en mikrobølgeovn ved -271°C. Denne unaturlige justering frembringer en polarisering, som overføres ved +36 ° C til polarisationen af ​​hydrogenatomerne, der anvendes i NMR. Vandmolekyler polariseret på denne måde opvarmes på få millisekunder og overføres, sammen med hypoxanthin, til RNA-kæden. Den nye tilgang kan generelt anvendes til at observere hurtige kemiske reaktioner og genfoldningsændringer i biomolekyler på atomniveau.

Især iminogrupperne i RNA kan analyseres nøje ved hjælp af denne metode. På denne måde forskerne var i stand til at måle strukturelle ændringer i RNA meget nøjagtigt. De fulgte et lille stykke RNA fra Bacillus subtilis, som ændrer sin struktur under hypoxanthinbinding. Denne strukturelle ændring er en del af reguleringen af ​​transkriptionsprocessen, hvor RNA bliver lavet af DNA. Sådanne små ændringer på molekylært niveau styrer et stort antal processer, ikke kun i bakterier, men også i flercellede organismer og endda mennesker.

Denne forbedrede metode vil i fremtiden gøre det muligt at følge RNA-genfoldning i realtid – også selvom det tager mindre end et sekund. Dette er muligt under fysiologiske forhold, det er, i et flydende miljø og med en naturlig molekylekoncentration ved temperaturer omkring 36 °C. "Det næste skridt vil nu være ikke kun at studere enkelte RNA'er, men hundredvis af dem, for at identificere de biologisk vigtige forskelle i deres genfoldningshastigheder, " siger Boris Fürtig fra Schwalbes forskningsgruppe.