تجزیه و تحلیل دینامیک ساختاری یک tRNA انسانی با استفاده از فشار هیدرواستاتیک بالا

همانطور که فضا اسرار بی‌نهایتی را در خود دارد، وقتی در سطح زیست مولکول‌ها (یک تریلیون برابر کوچک‌تر از یک متر) بزرگ‌نمایی می‌کنیم، هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد.

کاترین رویر از موسسه پلی تکنیک Rensselaer، پروفسور بیوانفورماتیک و محاسبات زیستی، رئیس صور فلکی در شرلی آن جکسون، Ph.D. مرکز بیوتکنولوژی و مطالعات بین‌رشته‌ای (CBIS) و استاد علوم زیستی، به درک مناظر ساختاری مولکول‌های زیستی و نحوه تعدیل عملکرد سلول اختصاص دارد.

وقتی مولکول‌های زیستی ورودی‌های خاصی را دریافت می‌کنند، می‌تواند باعث بازآرایی اتم‌ها و تغییر شکل مولکول‌های زیستی شود. این تغییر شکل بر عملکرد آن‌ها در سلول‌ها تأثیر می‌گذارد، بنابراین درک دینامیک ساختاری برای توسعه دارو حیاتی است.

در تحقیقی که اخیراً در مجموعه مقالات آکادمی ملی علومرویر و تیمش دینامیک ساختاری اسید ریبونوکلئیک انتقالی انسانی (tRNA) را تحت فشار هیدرواستاتیک بالا بررسی کردند. فشار بالا منجر به افزایش جمعیت حالت‌های برانگیخته tRNA شد که به طور معمول در سطوح بسیار پایین وجود دارند و به بینش‌های جدیدی در مورد عملکرد tRNA اجازه می‌دهند.

ما علاقه مند به مشاهده حالات برانگیخته هستیم زیرا این حالت ها منجر به ترکیباتی خارج از حالت هایی می شوند که می توانند توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس، رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یا میکروسکوپ الکترونی تعیین شوند. ما در حال درک این موضوع هستیم که ساختارهای زیست مولکولی بسیار بیشتر از آنچه قبلاً تصور می شد وجود دارد و برای توسعه روش های درمانی، باید درک کنیم که این حالت ها چگونه هستند.“

کاترین رویر، استاد صندلی صورت فلکی، بیوانفورماتیک و محاسبات زیستی، موسسه پلی تکنیک رنسلر

برای این تحقیق، رویر از tRNA انسانی به جای پروتئین ها استفاده کرد که معمولاً آنها را مطالعه می کند. رویر گفت: “کار زیادی روی حالت های برانگیخته مولکول های RNA بزرگ انجام نشده است، بنابراین این چیزی است که این تحقیق را منحصر به فرد می کند.”

رویر و تیم دریافتند که حالت های برانگیخته نه تنها در عملکرد طبیعی tRNA ها برای ترجمه پروتئین از RNA پیام رسان نقش دارند، بلکه احتمالاً در عفونت HIV نیز نقش دارند. اچ‌آی‌وی به تازگی سالانه حدود 1.5 میلیون نفر را در سراسر جهان مبتلا می‌کند.

رویر گفت: «NMR نشان داد که پیوندهای هیدروژنی که tRNA را کنار هم نگه می‌دارند در این حالت‌های برانگیخته ضعیف می‌شوند. پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک در فشار بالا، که ما در CHESS انجام دادیم، نشان داد که شکل tRNA در این حالت‌های برانگیخته تغییر کرده است. مناطقی که تحت فشار تغییر کرده‌اند نیز مناطقی هستند که توسط HIV ربوده می‌شوند. در طول عفونت.” CHESS یا منبع سینکروترون با انرژی بالا کورنل، یک مرکز تشعشع سنکروترون پیشرفته و تنها در ایالات متحده است که اندازه گیری پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک (SAXS) را بر روی مولکول های زیستی امکان پذیر می کند.

رویر و تیم او حدس می زنند که پیکربندی حالت برانگیخته tRNA که آنها تحت فشار مشاهده کردند، می تواند توسط RNA ویروسی مهاجم برای شروع رونویسی معکوس HIV مورد سوء استفاده قرار گیرد. این فرآیند با عفونی بودن ویروس مرتبط است.

دیپاک واشیشث، مدیر CBIS، گفت: «تحقیقات دکتر رویر، همراه با تیم او، ممکن است درک ما را از نحوه انتشار HIV ارتقا دهد. علاوه بر این، بیش از 80 درصد از زیست توده میکروبی روی زمین در فشار بالا وجود دارد. درک چگونگی سازگاری توالی‌های زیست مولکولی برای عملکرد در محیط‌های پرفشار، رویکردهای جدیدی را برای توسعه زیست‌مولکول‌های قوی‌تر و فعال‌تر برای بیوتکنولوژی به همراه خواهد داشت.

ریچارد گیلیلان از CHESS می‌گوید: «این زمان هیجان‌انگیزی است که در زیست‌شناسی ساختاری پرفشار باشید. مدتی است که مردم می‌دانند که مولکول‌های زیستی کارهای جالبی را تحت فشار شدید انجام می‌دهند، اما تا همین اواخر، فناوری‌هایی مانند NMR فشار بالا و SAXS برای جامعه تحقیقاتی عمومی در دسترس نبودند. اکنون، می‌توانیم ببینیم چه فشاری چیست. جزئیات مولکولی را انجام می دهد، و علاقه زیادی از حوزه های علمی متعدد، از جمله زیست پزشکی وجود دارد.”