Wissenschaftler der Universität Nottingham haben eine Technik entwickelt, mit der sich die Struktur von RNA-Molekülen auf atomarer Ebene mit außergewöhnlicher Präzision und Geschwindigkeit analysieren lässt. Sie sind die ersten weltweit, die mit dieser Methode strukturelle Veränderungen in RNA untersuchen, die bei einer Infektion einer Zelle mit HIV auftreten.
Der Ergebnisseveröffentlicht in Naturkommunikationkönnte weitreichende Auswirkungen auf die Behandlung verschiedener Krankheiten haben, bei denen RNA eine entscheidende Rolle spielt, und auf die Entwicklung von Therapeutika wie mRNA-Impfstoffen.
RNA, ein enger Verwandter der DNA, spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen, von der Proteinsynthese bis zur Genregulation. Im Gegensatz zur bekannten Doppelhelixstruktur der DNA faltet sich RNA jedoch in komplexe Formen, die mit herkömmlichen Techniken unglaublich schwierig zu analysieren sind.
Hier ist dem Team aus Nottingham unter der Leitung von Dr. Aditi Borkar, Assistenzprofessorin für Molekulare Biochemie und Biophysik an der School of Veterinary Medicine and Science, eine bahnbrechende Leistung gelungen.
Dr. Borkar entwickelte eine leistungsstarke Methode, die eine hochmoderne Massenspektrometrie-Technologie namens kryogenes OrbiSIMS – eine einzigartige Bildgebungsfunktion der Universität – mit fortschrittlicher computergestützter Modellierung und Automatisierung kombiniert. Diese Kombination ermöglichte es dem Team, Attomol-Mengen von RNAs zu analysieren und ihre 3D-Strukturen innerhalb weniger Tage auf dem Niveau von Industriestandards zu bestimmen.
Dieser innovative Ansatz verspricht erhebliche Fortschritte im Umfang, der Genauigkeit und der Geschwindigkeit der RNA-Strukturbiologie und wird die Entwicklung RNA-basierter Therapeutika beschleunigen.
Dr. Borkar sagte: „RNAs gehören zu den Molekülen, die sich strukturell-biologisch am schwierigsten untersuchen lassen. OrbiSIMS ist beim Studium von RNAs mindestens 1.000-mal sensitiver als andere Strukturtechniken, die in unserem Bereich üblicherweise verwendet werden.“
„Mit unserer OrbiSIMS-gesteuerten Pipeline können wir RNA-Strukturen jetzt in wenigen Tagen statt in Monaten bestimmen. Diese unglaubliche Sensibilität und Geschwindigkeit wird uns nun dabei helfen, bisher unlösbare Ziele innerhalb enger Zeitrahmen für die Arzneimittelentwicklung zu untersuchen.“
Das OrbiSIMS-Instrument wurde am National Physical Laboratory in Großbritannien in Zusammenarbeit mit GSK entwickelt. Nottingham war die erste Universität der Welt, die das OrbiSIMS-Instrument besaß und betrieb.
Mehr Informationen:
Shannon Ward et al., Die Integration von Kryo-OrbiSIMS mit computergestützter Modellierung und Metadynamiksimulationen verbessert die RNA-Strukturvorhersage bei atomarer Auflösung, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48694-3