Опубликовав в журнале Nature, исследовательская группа разработала технику биоинформатики для разрешения отдельных структур РНК, вместо того, чтобы рассматривать их как «размытие», усредненное по нескольким структурам. Это подтвердило их открытие, что структура РНК может влиять на функционирование клеток.
РНК – это ДНК-подобная молекула, кодирующая генетическую информацию. Некоторые вирусы, включая ВИЧ и SARS-CoV2, используют РНК в качестве генетического материала.
Команда смогла применить разработанные ими методы, чтобы выявить, как структура генома РНК ВИЧ влияет на то, какие белки производит вирус.
Международную совместную группу возглавили исследователь Института Уолтера и Элизы Холл доктор Винсент Корбин вместе с г-ном Филом Томезско и профессором Сильви Рускин из Института биомедицинских исследований Уайтхеда, Бостон (США). В исследовательскую группу также входили руководитель темы Института вычислительной биологии профессор Тони Папенфус и математик и аспирант г-н Лахлан Макинтош.
С одного взгляда
– РНК – это молекула, несущая генетическую информацию, контролирующую функционирование клеток. – Совместная исследовательская группа использовала передовые вычислительные методы для обнаружения различных структур РНК, которые до сих пор нельзя было различить.
– Используя ВИЧ в качестве модельной системы, команда обнаружила, что различные структуры РНК влияют на поведение вируса.
Это первый раз, когда было показано, что изменения в структуре РНК влияют на то, как эта молекула контролирует функцию клеток.
Изменяющиеся формы РНК
РНК – это молекула, содержащаяся во всех живых существах, которая несет генетическую информацию.
РНК является важным регулятором функционирования клеток, напрямую контролируя, какие белки вырабатываются в клетках, а также может включать и выключать гены.
Молекулы РНК имеют двумерную структуру, которая влияет на доступ к генетической информации, содержащейся в них, сказал доктор Корбин, возглавлявший биоинформатические исследования проекта.
«Большой вопрос в биологии РНК заключался в том, имеют ли молекулы РНК единую постоянную структуру или они могут перемещаться между разными структурами – и что это означает для функции конкретной молекулы РНК», – сказал он.
«Наши сотрудники во главе с профессором Сильви Рускин разработали методику расшифровки структуры молекул РНК. Мы хотели понять, является ли то, что мы обнаруживаем, единственной структурой РНК или «средней» структурой, которая объединяет несколько различных структур.
«Это немного похоже на то, как если бы вы видели красные и желтые полосы или смешиваете их вместе и думаете, что видите оранжевые», – сказал он.
Разработав вычислительный алгоритм, команда смогла обнаружить и измерить количество различных структур РНК. «Мы могли обнаружить их как в пробирке, так и в живых клетках, поэтому теперь мы посмотрели, влияют ли эти структуры на функционирование РНК», – сказал д-р Корбин.
Изменение функции РНК
Когда РНК продуцируется в клетках, она начинается в более длинной форме, которая «сращивается» или обрезается для удаления нежелательных частей.
«Сплайсинг РНК может влиять на то, как он кодирует белки», – сказал д-р Корбин. «Есть много примеров того, как измененный сплайсинг РНК влияет на функционирование клетки – и в некоторых случаях изменения в сплайсинге РНК были связаны с раком или нейродегенеративными заболеваниями."
Некоторые вирусы используют РНК для своего генома, включая ВИЧ и SARS-CoV2 (коронавирус, вызывающий COVID-19).
В случае с ВИЧ сплайсинг РНК влияет на то, какой белок вырабатывает вирус, который изменяется на разных этапах жизненного цикла вируса.
«Используя геном ВИЧ в качестве модельной системы, мы изучили, влияет ли структура РНК на способ сплайсинга РНК ВИЧ. Мы обнаружили, что структура РНК является критическим фактором сплайсинга РНК в ВИЧ и влияет на то, какие вирусные белки продуцируются », – сказал д-р Корбин.
"Это первое четкое свидетельство того, как структура РНК может контролировать функцию РНК.
Разработанные нами методы открыли новую область исследований роли структуры РНК в регуляции функции клеток."
Профессор Папенфус сказал, что исследование показало, насколько точно настроены биологические системы. "Это исследование показывает, как очень тонкие изменения в одной крошечной молекуле могут иметь большое значение для функционирования вируса.
Используя вычислительную биологию для раскрытия этих изменений, мы сделали важное открытие о том, как функционируют вирусы – и, возможно, человеческие клетки, – что может лежать в основе будущих открытий о здоровье и болезнях."
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения США, Фондом семьи Смитов, Фондом здоровья Берроуза, Австралийским национальным советом по здравоохранению и медицинским исследованиям и правительством штата Виктория.