В статье, опубликованной в журнале Nature, ученые решили изучить три вида некодирующих РНК (молекулы, не участвующие в синтезе белка) с помощью криоэлектронной микроскопии (криоЕМ, метод получения снимков макромолекул при крайне низких температурах) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Ожидалось увидеть одиночные цепочки, свернутые в компактные структуры, но вместо этого команда наткнулась на симметричные комплексы из восьми и четырнадцати нитей РНК — «клетки», способные вместить другие молекулы.
Для получения трехмерных изображений специалисты приготовили образцы, заморозили их в жидком этане и направили пучок электронов. На экранах они увидели удивительные каркасы: две РНК «целуются», образуя ромбовидный каркас-датчик, и две другие образуют замкнутые восьми- и четырнадцатинитевые клетки. Такие чисто РНК-сборки ранее не встречались в Базе данных структур макромолекул.
Некодирующие РНК отвечают за регуляцию работы генов (процесс контроля, какие участки ДНК активны), каталитические реакции (ускорение химических превращений) и многие другие функции, но до сих пор их роль оставалась загадкой. Новые структуры указывают на возможную функцию «контейнеров» или «сенсоров» для молекул внутри клетки.
Ничто не поддерживает эти РНК, они сами по себе формируют сложные узоры — такого мы не видели раньше.
Соавтор Ва Чиу из SLAC отметил, что криоЕМ открывает безграничные возможности для изучения малоизученных макромолекул и поиска их функций.
Следующим шагом станет проверка взаимодействия этих РНК-клеток с другими компонентами клетки: белками, малыми метаболитами или ионами. По словам Риджу Даса из Стэнфорда, «если эти каркасы действительно работают как сенсоры или транспортные контейнеры, это станет прорывом в понимании клеточных механизмов и вдохновит новые биомедицинские приложения».
Кроме фундаментальной ценности, открытие важно для развития биотехнологий. Сейчас способность предсказывать, как РНК складывается в трехмерную форму, ограничена, и новые данные помогут усовершенствовать алгоритмы моделирования. В будущем это позволит проектировать РНК для целевой доставки лекарств, создания биосенсоров и даже построения наноструктур для медицинской визуализации.
Несмотря на то, что пока неясно, найдут ли природные РНК-клетки прямое применение, их существование подтверждает невероятный потенциал молекул РНК и расширяет представления о биологических сборках. Эта работа стала еще одним шагом к тому, чтобы мы научились использовать РНК не только как посредника в синтезе белков, но и как строительный материал для сложных самособирающихся наноконструкций.
Пока одни ученые исследуют загадочные структуры РНК, другие разбираются с не менее любопытными «хакерами» внутри наших клеток. Речь о вирусоподобных элементах, способных внедряться в ДНК и менять ход эволюции — подробнее об этом вы можете прочитать в этой статье.
