Undersøgelse ser på RNAs solo-virke på det stadigt skiftende stadium af cellulære dynamik

RNA har været i rampelyset for sin hovedrolle i banebrydende vaccineteknologi, men RNA-molekyler er også nøglespillere i cellernes indre funktion.

Denne mindre udforskede RNA-udnyttelse er genstand for en ny University at Buffalo-ledet undersøgelse offentliggjort 6. november i Nature Chemistry .

Værket undersøger den rolle, som temperaturen spiller, når RNA-molekyler gennemgår faseadskillelse for at danne fysisk distinkte, gel-lignende kondensater. Disse kondensater er specialiserede, membranløse strukturer, der er involveret i forskellige cellulære processer og er blevet forbundet med neurodegenerative lidelser.

I sidste ende kan undersøgelsen være med til at føre til nye måder at tænke biologi, biofysik og andre studieretninger på.

"Faseadskillelsen af ​​biomolekyler har på en måde revolutioneret vores tankegang om, hvordan celler opdeler processer," siger Priya Banerjee, Ph.D., lektor ved UB Department of Physics, på College of Arts and Sciences, som ledede undersøgelsen.

"De fleste undersøgelser har været proteincentrerede, med tanken om, at proteiner danner disse væskelignende kondensater, og vi har været meget interesserede i, hvad RNA gør ved denne proces. Indtil videre har undersøgelser været begrænset til at undersøge, hvordan RNA kan regulere proteiner. faseadskillelse, så man ser på RNA i en mere regulerende rolle."

Undersøgelsen blev udført i samarbejde med Rohit Pappu, Ph.D., Gene K. Beare Distinguished Professor of biomedical engineering ved Washington University i St. Louis, og Venkat Gopalan, Phd, professor i kemi og biokemi ved Ohio State University.

Undersøgelse af RNA's solo-akt

Banerjee og Gable Wadsworth, en postdoc-forsker i Banerjees laboratorium og førsteforfatter af undersøgelsen, blev fascineret af, hvordan RNA kunne bryde ud af sin regulatoriske rolle og faseadskilles af sig selv. Gennem en systematisk efterforskningsindsats konkluderede de, at alle RNA-molekyler ser ud til at have lavere kritisk opløsningstemperatur (LCST) faseadfærd, hvor faseadskillelse foretrækkes ved høje temperaturer. Det, der virkelig overraskede dem, var, at polyphosphat, RNA-rygraden uden nukleobaser og ribosegruppen, også viste LCST-faseadfærd.

For at komme til bunds i dette observerede fænomen gik Banerjee og Wadsworth sammen med Pappu og hans gruppe for at forstå de mekanismer, der understøtter adfærden.

"Vi brugte beregninger og noget af vores teoretiske forståelse af LCST-faseadfærd og indså, at det, Banerjee og kolleger observerede, var en kombination af to processer," siger Pappu. "Fosfatrygraden og opløsningsionerne opløses med øget temperatur. Tabet af hydreringsvand fra komplementære halvdele driver RNA-molekyler til at søge hinanden, og ionerne bygger bro mellem fosfatgrupper inden for og på tværs af forskellige molekyler for at muliggøre faseadskillelse."

Som et resultat bliver de fortættede faser fysisk tværbundne netværk, og sammen fandt Pappus og Banerjees grupper ud af, at netværket, der tilbydes af stærke interaktioner mellem RNA-molekyler, kan muliggøre forskellig faseadfærd ved opvarmning eller afkøling. Især fandt holdet, at et fald i temperaturen kan føre til vedvarende kondensater. Banerjees laboratorium arbejdede også sammen med Gopalans laboratorium for at forstå, hvordan kondensatdannelse og samspillet mellem faseadskillelse og perkolation påvirker funktionerne af et gammelt RNA-enzym.

"RNA har dette interessante termometer, hvis du vil, der registrerer temperaturændringer," siger Banerjee. "Dette studie er en ny retning i, hvordan vi tænker på faseadskillelse af molekyler generelt og kan føre til en ny forståelse af biologi, biofysik, materialevidenskab og endda livets oprindelse."

Pappu tilføjer, at han forestiller sig at bruge RNA's termoresponsive faseadfærd i en række applikationer fra hukommelsesbehandling og lagring til biomaterialer.

Flere oplysninger: Gable M. Wadsworth et al., RNA'er gennemgår faseovergange med lavere kritiske opløsningstemperaturer, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01353-4

Journaloplysninger: Naturkemi

Leveret af University at Buffalo