A molécula de RNA é comumente reconhecida como mensageira entre o DNA e a proteína, mas também pode ser dobrada em intrincadas máquinas moleculares. Um exemplo de uma máquina de RNA que ocorre naturalmente é o ribossomo, que funciona como uma fábrica de proteínas em todas as células.
Inspirados por máquinas naturais de RNA, os pesquisadores do Centro Interdisciplinar de Nanociências (iNANO) desenvolveram um método chamado “RNA origami”, que torna possível projetar nanoestruturas artificiais de RNA que se dobram a partir de um único suporte de RNA. O método é inspirado na arte japonesa de dobrar papel, o origami, onde um único pedaço de papel pode ser dobrado em uma determinada forma, como um pássaro de papel.
Dobras congeladas fornecem uma nova visão
O trabalho de pesquisa na Nature Nanotechnology descreve como a técnica de origami de RNA foi usada para projetar nanoestruturas de RNA, que foram caracterizadas por microscopia crio-eletrônica (cryo-EM) na instalação nacional de crio-EM da Dinamarca EMBION. O Cryo-EM é um método para determinar a estrutura 3D de biomoléculas, que funciona congelando a amostra tão rapidamente que a água não tem tempo de formar cristais de gelo, o que significa que as biomoléculas congeladas podem ser observadas mais claramente com o microscópio eletrônico.
Imagens de muitos milhares de moléculas podem ser convertidas no computador em um mapa 3D, que é usado para construir um modelo atômico da molécula. As investigações de cryo-EM forneceram informações valiosas sobre a estrutura detalhada dos origamis de RNA, o que permitiu a otimização do processo de design e resultou em formas mais ideais.
“Com feedback preciso do cryo-EM, agora temos a oportunidade de ajustar nossos designs moleculares e construir nanoestruturas cada vez mais complexas”, explica Ebbe Sloth Andersen, professor associado da iNANO, Aarhus University.
Descoberta de uma armadilha de dobramento lento
Imagens Cryo-EM de uma amostra de cilindro de RNA continham duas formas muito diferentes e, ao congelar a amostra em momentos diferentes, ficou evidente que estava ocorrendo uma transição entre as duas formas. Usando a técnica de espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS), onde as amostras não são congeladas, os pesquisadores puderam observar essa transição em tempo real e descobriram que a transição de dobramento ocorreu após aprox. 10 horas.
Os pesquisadores descobriram a chamada “armadilha dobrável”, onde o RNA fica preso durante a transcrição e só depois é liberado.
“Foi uma grande surpresa descobrir uma molécula de RNA que redobra tão lentamente, já que a dobragem normalmente ocorre em menos de um segundo”, disse Jan Skov Pedersen, professor do Departamento de Química e iNANO, da Universidade de Aarhus.
“Esperamos ser capazes de explorar mecanismos semelhantes para ativar a terapêutica de RNA no momento e local certos no paciente”, explica Ewan McRae, o primeiro autor do estudo, que agora está iniciando seu próprio grupo de pesquisa no “Centre for RNA Therapeutics” no Houston Methodist Research Institute no Texas, EUA.
Construção de um nanossatellite da RNA
Para demonstrar a formação de formas complexas, os pesquisadores combinavam retângulos e cilindros de RNA para criar uma forma de “nanossatellite” multi-domínio, inspirada no telescópio espacial Hubble.
“Eu projetei o nanossatellite como um símbolo de como o design do RNA nos permite explorar o espaço dobrável (espaço de possibilidade de dobrar) e espaço intracelular, uma vez que o nanossatellite pode ser expresso nas células”, diz Cody Geary, professor assistente da Inano, que originalmente desenvolveu O método RNA-Origami.
No entanto, o satélite se mostrou difícil de caracterizar por crio-EM devido às suas propriedades flexíveis; portanto, a amostra foi enviada para um laboratório nos EUA, onde se especializam na determinação da estrutura 3D das partículas individuais por tomografia eletrônica, o chamado Ipet. -método.
“O satélite de RNA foi um grande desafio! Mas, usando nosso método IPET, fomos capazes de caracterizar a forma 3D de partículas individuais e, assim, determinar as posições dos painéis solares dinâmicos no nanossatellite”, diz Gary Ren da fundição molecular em Lawrence Berkeley Laboratório Nacional, Califórnia, EUA ..
O futuro da medicina de RNA
A investigação dos origamis do RNA contribui para melhorar o projeto racional das moléculas de RNA para uso em medicina e biologia sintética. Um novo consórcio interdisciplinar, cofold, apoiado pela Fundação Novo Nordisk, continuará as investigações dos processos de dobragem de RNA, envolvendo pesquisadores de ciência da computação, química, biologia molecular e microbiologia para projetar, simular e medir a dobra em resolução de tempo.
“Com o problema do projeto de RNA resolvido parcialmente, a estrada agora está aberta à criação de nanoestruturas funcionais de RNA que podem ser usadas para medicina à base de RNA ou atuar como elementos reguladores de RNA para reprogramar as células”, diz Ebbe Sloth Andersen.
Publicado em 28/02/2023 11h54
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