РНК-оригами оказалась пригодна для котранскрипционного сворачивания

ig3sGeM3ynQ1

Ученые из Калтеха и датского Орхусского университета научились создавать РНК-наноструктуры непосредственно во время ферментного синтеза нуклеиновой кислоты. Метод может быть использован для создания нанообъектов прямо в живой клетке. Исследование опубликовано в новом номере Science.

На фото:Трехмерные структуры сворачиваются из РНК непосредственно во время ее синтеза ферментом. Изображение: Cody Geary et al., Science, 2014

Главным отличием нового метода является котранскрипционный, то есть происходящий одновременно с транскрипцией, способ сворачивания РНК в наноструктуры (транскрипцией, напомним, называют синтез РНК на матрице ДНК).  

Технология упаковки нуклеиновых кислот в наноструктуры («оригами») известна уже около 10 лет, однако до сих пор она преимущественно опиралась на ДНК, а не на РНК. При этом собирали эти наноструктуры обычно методом медленного отжига очищенных синтетических фрагментов ДНК в пробирке. Отжиг подразумевает медленное снижение температуры реакционной смеси, при котором одноцепочечные фрагменты ДНК находят друг друга и спариваются с нужными фрагментами-партнерами, постепенно образуя заранее просчитанную двумерную или трехмерную структуру. Таким образом, например, удавалось создать ДНК-посуду, ДНК-алфавит, ДНК-коробки для лекарств и другие нанообъекты.  

Главный недостаток описанного выше метода заключается в том, что он требует химически синтезированных, хорошо очищенных ДНК-фрагментов и проводится in vitro. Авторам новой работы удалось перенести принципы создания ДНК-оригами на РНК, что, потенциально, позволяет получить не менее сложные наноструктуры без использования химического синтеза и непосредственно в нужных клетках, in vivo. Нанообъекты при этом будут синтезироваться в бактериях или животных тканях так же, как обычные матричные РНК: основываясь на ДНК-матрице. В качестве иллюстрации возможностей метода ученые создали из РНК наноструктурую сетку шетигранников.

Hy Bn45g0Xc1

Сканирующие микрофотографии шестигранников, которые получаются обычным (вверху) и котранскрипционным (внизу) способом. Изображение: Cody Geary et al., Science, 2014

Строго говоря, котранскрипционный фолдинг искусственных РНК-структур уже был показан ранее. Новизна описываемой статьи заключается в том, что авторы создали универсальные структурные элементы РНК-оригами и определили принципы, по которым их можно проектировать. Такую задачу нельзя назвать тривиальной хотя бы потому, что технология ДНК-оригами основана на двуцепочечных молекулах, а РНК-оригами на одноцепочечных. Кроме того, потенциальная трехмерная структура РНК гораздо богаче и допускает, например, различные (недопустимые для ДНК) структурные шпильки. Также, авторы пока не провели синтез РНК-оригами в клетке, ограничившись in vitro-системой на основе полимеразы фага T7.  

Ключевым недостатком РНК как «строительного материала» является присутствие в клетках и в окружающей среде большого количества разрушающих нуклеиновую кислоту ферментов, РНКаз. В отличие от ДНКаз, они не требуют металлических коферментов (а значит не могут быть ингибированы хелатирующими веществами) и практически не разрушаются под действием тепла. С точки зрения термической устойчивости многие РНКазы являются одними из самых «неубиваемых» белков.