Los científicos de la Universidad de Maryland han desarrollado un método para determinar las estructuras de grandes moléculas de ARN a alta resolución. El método supera un desafío que ha limitado el análisis 3D y la obtención de imágenes de ARN a pequeñas moléculas y fragmentos de ARN durante los últimos 50 años.
El nuevo método, que amplía el alcance de la espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN, permitirá a los investigadores comprender la forma y la estructura de las moléculas de ARN y aprender cómo interactúan con otras moléculas. Los conocimientos proporcionados por esta tecnología podrían llevar aTratamientos terapéuticos con ARN para enfermedades. El artículo de investigación sobre este trabajo se publicó en la revista avances científicos el 7 de octubre de 2020.
"El campo de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear se ha atascado mirando cosas que son pequeñas, digamos 35 bloques de construcción de ARN o nucleótidos. Pero la mayoría de las cosas interesantes que son biológicamente y médicamente relevantes son mucho más grandes, 100 nucleótidos o más".dijo Kwaku Dayie, profesor de química y bioquímica en la UMD y autor principal del artículo. "Entonces, ser capaz de romper el atasco de troncos y ver cosas que son grandes es muy emocionante. Nos permitirá echar un vistazo a estas moléculasy ver lo que está sucediendo de una manera que no habíamos podido hacer antes ".
En la espectroscopia de RMN, los científicos dirigen ondas de radio a una molécula, excitando los átomos e "iluminando" la molécula. Al medir los cambios en el campo magnético alrededor de los átomos excitados, la resonancia magnética nuclear, los científicos pueden reconstruir características tales comola forma, estructura y movimiento de la molécula. Los datos que esto produce se pueden usar para generar imágenes, al igual que las imágenes de resonancia magnética que se ven en medicina.
Normalmente, las señales de RMN de los muchos átomos de una molécula biológica, como el ARN, se superponen entre sí, lo que dificulta mucho el análisis. Sin embargo, en la década de 1970, los científicos aprendieron a diseñar moléculas de ARN bioquímicamente para que funcionen mejor con la RMN reemplazando los átomos de hidrógeno.con átomos de flúor magnéticamente activos. En moléculas relativamente pequeñas de ARN que constan de 35 nucleótidos o menos, los átomos de flúor se iluminan fácilmente cuando son golpeados por ondas de radio y permanecen excitados el tiempo suficiente para un análisis de alta resolución. Pero a medida que las moléculas de ARN se hacen más grandes, el flúorlos átomos se iluminan solo brevemente y luego pierden rápidamente su señal. Esto ha impedido el análisis 3D de alta resolución de moléculas de ARN más grandes.
Trabajos anteriores de otros habían demostrado que el flúor continuaba produciendo una señal fuerte cuando estaba al lado de un átomo de carbono que contenía seis protones y siete neutrones C-13. Por lo tanto, Dayie y su equipo desarrollaron un método relativamente fácil para cambiar laC-12 de origen natural en el ARN que tiene 6 protones y 6 neutrones a C-13 e instala un átomo de flúor F-19 directamente al lado.
Dayie y su equipo demostraron por primera vez que su método podía producir datos e imágenes iguales a los métodos actuales al aplicarlo a fragmentos de ARN del VIH que contienen 30 nucleótidos, que habían sido fotografiados previamente. Luego aplicaron su método a fragmentos de ARN de la hepatitis Bque contiene 61 nucleótidos, casi el doble del tamaño de la espectroscopia de RMN anterior posible para el ARN.
Su método permitió a los investigadores identificar sitios en el ARN de la hepatitis B donde pequeñas moléculas se unen e interactúan con el ARN. Eso podría ser útil para comprender el efecto de posibles fármacos terapéuticos. El siguiente paso para los investigadores es analizar ARN aún más grandesmoléculas.
"Este trabajo nos permite expandir lo que se puede enfocar", dijo Dayie. "Nuestros cálculos nos dicen que, en teoría, podemos mirar cosas realmente grandes, como una parte del ribosoma, que es la máquina molecularque sintetiza proteínas dentro de las células ".
Al comprender la forma y la estructura de una molécula, los científicos pueden comprender mejor su función y cómo interactúa con su entorno. Además, esta tecnología permitirá a los científicos ver la estructura 3D a medida que cambia, porque las moléculas de ARN en particular cambian de formaEste conocimiento es clave para desarrollar terapias que se dirijan estrechamente a moléculas específicas de la enfermedad sin afectar las funciones celulares sanas.
"La esperanza es que si los investigadores conocen los rincones y las grietas de una molécula que es disfuncional, puedan diseñar medicamentos que llenen los rincones y las grietas para sacarla de servicio", dijo Dayie. Y si podemos seguir estasmoléculas a medida que cambian de forma y estructura, entonces su respuesta a los medicamentos potenciales será un poco más predecible, y diseñar medicamentos que sean efectivos puede ser más eficiente ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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