Med kemisk modifikation, stabile RNA-nanopartikler går 3-D

(PhysOrg.com) -- I årevis, RNA har virket som et undvigende værktøj i nanoteknologisk forskning - let manipuleret ind i en række forskellige strukturer, alligevel modtagelige for hurtig ødelæggelse, når de konfronteres med et almindeligt fundet enzym.

"Enzymet RNase skærer RNA tilfældigt i små stykker, meget effektivt og inden for få minutter, ” forklarer Peixuan Guo, PhD, Dane og Mary Louise Miller Begavet Chair og professor i biomedicinsk teknik ved University of Cincinnati (UC). "I øvrigt, RNase er til stede overalt, gør fremstillingen af ​​RNA i et laboratorium ekstremt vanskelig."

Men ved at erstatte en kemisk gruppe i makromolekylet, Guo siger, at han og andre forskere har fundet en måde at omgå RNase og skabe stabile tredimensionelle konfigurationer af RNA, i høj grad udvider mulighederne for RNA i nanoteknologi (konstruktionen af ​​funktionelle systemer på molekylær skala).

Deres resultater, "Fremstilling af stabile og RNase-resistente RNA-nanopartikler, der er aktive i at geare nanomotorerne til viral DNA-pakning, " er offentliggjort online i tidsskriftet ACS Nano .

I deres arbejde, Guo og hans kolleger fokuserede på riboseringene, der sammen med vekslende fosfatgrupper, danner rygraden i RNA. Ved at ændre en del af riboseringen, Guo og hans team ændrede strukturen af ​​molekylet, gør det ude af stand til at binde med RNase og i stand til at modstå nedbrydning.

"RNase-interaktion med RNA kræver en match af strukturel konformation, " siger Guo. "Når RNA-konformation har ændret sig, RNasen kan ikke genkende RNA, og bindingen bliver et problem."

Mens han siger, at tidligere forskere har vist, at denne ændring gør RNA stabilt i en dobbelt helix, de undersøgte ikke dets potentiale til at påvirke foldningen af ​​RNA til en tredimensionel struktur, der er nødvendig for nanoteknologi.

Efter at have skabt RNA-nanopartikler, Guo og hans kolleger brugte det med succes til at drive DNA-pakningens nanomotor af bakteriofag phi29, en virus, der inficerer bakterier.

"Vi fandt ud af, at det modificerede RNA kan foldes ind i dets 3-D struktur på passende vis, og kan udføre sine biologiske funktioner efter modifikation, " siger Guo. "Vores resultater viser, at det er praktisk at producere RNase-resistente, biologisk aktiv, og stabilt RNA til anvendelse i nanoteknologi."

Fordi stabile RNA-molekyler kan bruges til at samle en række forskellige nanostrukturer, Guo siger, at de er et ideelt værktøj til at levere målrettede terapier til kræft- eller virusinficerede celler:

"RNA-nanopartikler kan fremstilles med et niveau af enkelthed, der er karakteristisk for DNA, mens de har en alsidig struktur og katalytisk funktion, der ligner proteiners. Med denne RNA-modifikation, forhåbentlig kan vi åbne nye veje til studier i RNA-nanoteknologi."