Noua tehnologie dezvăluie influența structurilor ARN asupra producției și stabilității proteinelor
Cercetătorii de la A*STAR Genome Institute of Singapore (A*STAR GIS) au creat o metodă inovatoare, denumită „sm-PORE-cupine”, pentru a studia moleculele individuale de ARN și a descoperi modul în care structurile acestora influențează reglarea genelor, un proces esențial ce afectează funcționarea celulară în condiții de sănătate și boală.
ARN-ul este cunoscut în principal pentru rolul său de mesager, transportând instrucțiunile genetice de la ADN pentru a produce proteine. Totuși, ARN-ul are și alte funcții. Similar unei sfori care se poate îndoi, plia și interacționa cu alte molecule, ARN-ul poate adopta forme diverse care îi influențează comportamentul în celulă. Aceste forme pot afecta eficiența producerii proteinelor, durata de viață a moleculelor de ARN și progresia unor boli, cum ar fi infecțiile virale.
Până acum, studierea acestor structuri în detaliu a fost o provocare, deoarece ARN-ul este extrem de flexibil și dinamic. Majoritatea metodelor existente oferă doar o imagine medie asupra mai multor molecule de ARN, ceea ce îngreunează observarea modului în care moleculele individuale de ARN se pot plia diferit, chiar și atunci când provin din aceeași genă.
Pentru a depăși această dificultate, echipa de la A*STAR GIS a dezvoltat tehnologia sm-PORE-cupine, care combină etichetarea chimică cu secvențierea directă a ARN-ului pentru a detecta modificările structurale ale acestuia.
Tehnologia utilizează compuși chimici optimizați pentru a marca baze de ARN neapărate, părți ale moleculei care sunt mai expuse. Aceste marcaje acționează ca indicatoare, oferind cercetătorilor indicii despre modul în care ARN-ul este pliat. Secvențierea directă a ARN-ului prin nanopore permite citirea moleculelor de ARN în întregime, facilitând studiul detaliat al structurilor lor.
Prin aplicarea unei analize computaționale avansate, echipa a reușit să interpreteze aceste semnale la o rezoluție de moleculă unică, ajutându-i să observe cum ARN-urile din aceeași genă pot plia și se comporta diferit.
Folosind sm-PORE-cupine, cercetătorii au constatat că moleculele de ARN pot adopta structuri diferite, iar aceste variații sunt legate de eficiența producției de proteine și de rapiditatea degradării ARN-ului.
Aceasta este o descoperire semnificativă, deoarece producția de proteine și stabilitatea ARN-ului sunt componente esențiale ale reglării genelor. Când aceste procese nu funcționează corespunzător, ele pot contribui la apariția bolilor. Prin oferirea unei perspective mai clare asupra comportamentului moleculelor de ARN individuale, noua metodă furnizează o înțelegere mai profundă a modului în care structura ARN-ului afectează funcția celulară.
Aceste cercetări oferă de asemenea noi perspective asupra modului în care structurile ARN influențează funcția virală, inclusiv în cazul virusurilor precum SARS-CoV-2, precum și asupra reglării genelor în organisme patogene.
Această descoperire ar putea ajuta cercetătorii să identifice noi ținte terapeutice bazate pe ARN și să sprijine dezvoltarea de medicamente antivirale, tratamente antifungice și terapii țintite pe ARN. Pe termen lung, tehnologia și cunoștințele generate ar putea contribui la îmbunătățirea diagnosticării bolilor, descoperirea de medicamente și medicina de precizie, ajutând cercetătorii să înțeleagă mai bine modul în care structura ARN influențează sănătatea și boala.
La A*STAR GIS, ne concentrăm pe o înțelegere științifică profundă pentru a permite soluții mai bune pentru sănătate și boală. Prin elucidarea modului în care moleculele de ARN adoptă diferite structuri și cum aceste structuri influențează reglarea genelor, această lucrare pune bazele unor abordări mai precise în diagnosticare și tratament.
„Prin valorificarea secvențierii directe a ARN-ului utilizând nanopore, acum avem o capacitate unică de a studia dinamica modului în care ARN-urile își schimbă forma. Această lucrare se bazează pe punctele forte semnificative ale A*STAR GIS în analizele bazate pe secvențierea prin nanopore”, a declarat co-autorul Dr. Niranjan Nagarajan.
Cercetările lor au fost recent publicate în revista Nature Methods.
