РНК сворачивается: небольшое взаимодействие имеет большое значение

Рибонуклеиновая кислота (РНК) играет ключевую роль в синтезе белков в клетках. Однако существуют и некодирующие РНК, которые не превращаются в белки, но выполняют важные биологические функции.

Молекулы РНК образуют сложные трёхмерные (3D) или «третичные» структуры, стабилизированные различными взаимодействиями. Эти свёрнутые РНК распознаются белками, лигандами и другими молекулами, что влияет на все аспекты клеточного метаболизма.

Используя малоугловое рентгеновское рассеяние на линии 18-ID (Bio-CAT) синхротрона APS в Аргоннской национальной лаборатории, исследователи изучили уникальное сворачивание рибозима — РНК, действующей как катализатор. Их работа прокладывает путь к предсказанию структур вновь открытых некодирующих РНК.

Считается, что некодирующие РНК выполняют множество биохимических функций. Для этого они должны принимать уникальные сложные 3D-структуры, создающие сайты для химических реакций или регуляции генов.

Хотя исследования выявили существование структурных тем — третичных мотивов, механизм, с помощью которого они кодируют самосборку уникальных 3D-структур РНК, остаётся плохо изученным. Данное исследование было направлено на то, чтобы понять, почему РНК сворачиваются так специфично, несмотря на относительно небольшое количество третичных мотивов.

Ключевые результаты исследования:

• Формирование структурных мотивов кооперативно связано в близких к нативным промежуточных состояниях свёртывания.
• Эта кооперативность зависит от нативной ориентации спиралей РНК.
• Связывание между третичными структурами в разных областях РНК подавляет ненативные структуры, одновременно благоприятствуя активной структуре РНК. Это увеличивает разрыв свободной энергии между нативным состоянием и следующей по стабильности структурой, упрощая поиск нативной конформации.
• Стабилизирующие третичные взаимодействия начинают кооперировать на промежуточной стадии свёртывания — гораздо раньше, чем предполагалось.
• Нативная структура рибозима критически важна для этой кооперации: небольшие изменения в архитектуре рибозима определяют весь паттерн сворачивания.
• Третичные взаимодействия очень важны на ранних стадиях сворачивания, но удивительно мало влияют на дальнейшую стабильность нативного состояния рибозима.

Исследование показывает, что кооперативность в некодирующих РНК могла возникнуть в ходе эволюции как результат естественного отбора структур, благоприятствующих формированию уникальных конформаций.

Эти результаты углубляют понимание третичных взаимодействий в РНК и того, как они способствуют кооперативной самосборке. Это поможет предсказывать структуры вновь открытых некодирующих РНК и в конечном итоге расширит понимание их важных биологических функций.