By 
Дослідники з Національної прискорювальної лабораторії SLAC Міністерства енергетики США відкрили нове розуміння фундаментальних механізмів РНК-полімерази II (Pol II), білка, відповідального за транскрипцію ДНК в РНК. Їхнє дослідження показує, як білок додає нуклеотиди до зростаючого ланцюга РНК. Результати, опубліковані в Proceedings of the National Academy of Sciences, мають потенційне застосування у розробці ліків.
Pol II зустрічається в усіх формах життя, від вірусів до людини. Його роль в експресії генів, процесі, за допомогою якого генетична інформація використовується для синтезу білків, робить його одним із найважливіших білків у клітині. Розуміння точного механізму, за допомогою якого РНК-полімераза додає нуклеотиди до РНК, було тривалим викликом для наукового співтовариства. Попередні дослідження дали лише часткові уявлення про цей процес із низькою роздільною здатністю.
Однією з головних проблем у вивченні Pol II була перехідна природа металів, зокрема магнію, в його активному центрі. Ці метали відіграють вирішальну роль у хімічних реакціях , що викликають додавання нуклеотидів, але їхня короткочасна присутність ускладнює спостереження.
«Хімія полімерази включає метали, які є тимчасовими в активному центрі, що робить їх важко побачити», — сказав співавтор Гільєрмо Калеро, дослідник і професор Піттсбурзького університету. «Це стало значною перешкодою для повного розуміння процесу додавання нуклеотидів».
Щоб подолати ці проблеми, дослідницька група використала нову техніку кристалізації, яка включала спеціальну сіль, яка відома тим, що сприяє взаємодії між білками. Ця техніка дозволила дослідникам захопити полімеразу в стані, який раніше не бачили. Цей прорив дозволив їм безпрецедентно детально спостерігати «тригерну петлю», рухливу частину Pol II, яка позиціонує нуклеотиди в активному центрі.
Іншим ключовим компонентом дослідження було використання рентгенівського лазера Linac Coherent Light Source (LCLS) від SLAC. Це дозволило дослідникам зібрати дані до того, як зразок завдасть значного радіаційного ушкодження, забезпечивши більш чітку картину структури та функції полімерази.
«Вперше ми змогли побачити три іони магнію в активному центрі», — сказала співавтор і вчений SLAC Айна Коен. «Це стало можливим лише завдяки даним лазера на вільних електронах, які дозволили нам побачити надзвичайно чутливий до радіації третій іон металу».
Ще одне цікаве відкриття стало результатом вивчення мутованої версії Pol II. Ця мутантна РНК-полімераза працює швидше, ніж дикий тип, але також створює більше помилок.
«Мутація змінює структуру Pol II», — сказав співавтор Крейг Каплан, професор Піттсбурзького університету. «Використовуючи LCLS, ми можемо ідентифікувати ці структурні зміни, які можуть виявити, як мутація впливає на активність Pol II».
Команда вже працює над експериментами з роздільною здатністю у часі, щоб зафіксувати в реальному часі динаміку тригерної петлі полімерази, коли вона взаємодіє з нуклеотидами, з надією розгадати складність функції РНК-полімерази та зробити внесок у ширше розуміння експресії генів.
Крім того, розуміючи детальні механізми людського Pol II, дослідники тепер можуть досліджувати розробку молекул, які могли б інгібувати вірусні та бактеріальні полімерази, одночасно зменшуючи шкідливу взаємодію з полімеразами людини. Це особливо актуально в області відкриття ліків, де метою є розробка ліків, ефективних проти патогенів, але безпечних для клітин людини.
«Ці структури не тільки покращують наше розуміння того, як функціонує РНК-полімераза людини, але вони також забезпечують основу для розробки більш селективних противірусних препаратів з меншими побічними ефектами», — сказав Коен.
Comments