Des scientifiques de l'Université du Maryland ont développé une méthode pour déterminer les buildings de grosses molécules d'ARN à haute résolution. La méthode surmonte un défi qui a limité l'analyse 3D et l'imagerie de l'ARN aux seules petites molécules et morceaux d'ARN au cours des 50 dernières années.




La nouvelle méthode, qui élargit la portée de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), permettra aux chercheurs de comprendre la forme et la structure des molécules d'ARN et d'apprendre remark elles interagissent avec d'autres molécules. Les informations fournies par cette technologie pourraient conduire à des traitements thérapeutiques ciblés par ARN pour la maladie. Le document de recherche sur ces travaux a été publié dans la revue Science Advancements le 7 octobre 2020.

Une nouvelle procedure brise un barrage technologique qui a limité l'imagerie ARN pendant 50 ans

« Le domaine de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire a été bloqué en regardant des choses qui sont petites, disons 35 blocs de building d'ARN ou nucléotides. Mais la plupart des choses intéressantes qui sont biologiquement et médicalement pertinentes sont beaucoup moreover grandes, 100 nucléotides ou additionally », a déclaré Kwaku Dayie, professeur de chimie et de biochimie à l'UMD et auteur principal de l'article. « Donc, être en mesure de briser le bourrage et de regarder des choses qui sont grandes est très excitant. Cela nous permettra de jeter un coup d'œil dans ces molécules et de voir ce qui se passe d'une manière que nous n'avons pas pu faire auparavant.  »




En spectroscopie RMN, les scientifiques dirigent les ondes radio vers une molécule, excitant les atomes et « éclairant » la molécule. En mesurant les changements du champ magnétique autour des atomes excités – la résonance magnétique nucléaire – les scientifiques peuvent reconstruire des caractéristiques telles que la forme, la framework et le mouvement de la molécule un peu comme les pictures IRM vues en médecine.

Habituellement, les signaux RMN provenant des nombreux atomes d'une molécule biologique telle que l'ARN se chevauchent, ce qui rend l'analyse très difficile. Cependant, dans les années 1970, les scientifiques ont appris à concevoir des molécules d'ARN biochimiquement pour mieux fonctionner avec la RMN en remplaçant les atomes d'hydrogène par des atomes de fluor magnétiquement actifs. Dans des molécules d'ARN relativement petites constituées de 35 nucléotides ou moins, les atomes de fluor s'éclairent facilement lorsqu'ils sont frappés par des ondes radio et restent excités suffisamment longtemps pour une analyse à haute résolution. Mais à mesure que les molécules d'ARN grossissent, les atomes de fluor ne s'allument que brièvement, puis perdent rapidement leur signal. Cela a empêché l'analyse 3D haute résolution de molécules d'ARN plus grosses.

Des travaux antérieurs par d'autres avaient montré que le fluor continuait à produire un sign fort lorsqu'il se trouvait à côté d'un atome de carbone contenant six protons et sept neutrons (C-13). Ainsi, Dayie et son équipe ont développé une méthode relativement straightforward pour changer le C-12 naturel dans l'ARN (qui a 6 protons et 6 neutrons) en C-13 et installer un atome de fluor (F-19) juste à côté.

qui avaient été précédemment imagés. Ils ont ensuite appliqué leur méthode à des morceaux d'ARN de l'hépatite B contenant 61 nucléotides – près du double de la taille de la spectroscopie RMN précédente achievable pour l'ARN.

Leur méthode a permis aux chercheurs d'identifier des websites sur l'ARN de l'hépatite B où de petites molécules se lient et interagissent avec l'ARN. Cela pourrait être utile pour comprendre l'effet des médicaments thérapeutiques potentiels. La prochaine étape pour les chercheurs est d'analyser des molécules d'ARN encore as well as grandes.

« Ce travail nous permet d'élargir ce qui peut être mis au point », a déclaré Dayie. « Nos calculs nous disent qu'en théorie, nous pouvons regarder de très grandes choses, comme une partie du ribosome, qui est la machine moléculaire qui synthétise les protéines à l'intérieur des cellules. »

En comprenant la forme et la structure d'une molécule, les scientifiques peuvent mieux comprendre sa fonction et remark elle interagit avec son environnement. De additionally, cette technologie permettra aux scientifiques de voir la construction 3D à mesure qu'elle change, automobile les molécules d'ARN en particulier changent fréquemment de forme. Ces connaissances sont essentielles pour développer des thérapies qui ciblent étroitement les molécules spécifiques à une maladie sans affecter les fonctions des cellules saines.

« L'espoir est que si les chercheurs connaissent les recoins et les recoins d'une molécule dysfonctionnelle, ils peuvent concevoir des médicaments qui remplissent les recoins pour la mettre hors assistance », a déclaré Dayie. « Et si nous pouvons suivre ces molécules à mesure qu'elles changent de forme et de structure, alors leur réponse aux médicaments potentiels sera un peu plus prévisible, et la conception de médicaments efficaces peut être furthermore efficace. »