ナノサテライトが示す未来の RNA 医療への道

スタッフライターによる

オーフス、デンマーク (SPX) 28 年 2023 月 XNUMX 日

RNA 分子は一般に、DNA とタンパク質の間のメッセンジャーとして認識されていますが、複雑な分子機械に折り畳まれることもあります。 天然に存在する RNA マシンの例は、すべての細胞でタンパク質工場として機能するリボソームです。

自然の RNA 機械に着想を得て、学際的ナノサイエンス センター (iNANO) の研究者は、「RNA 折り紙」と呼ばれる方法を開発しました。 この方法は、XNUMX 枚の紙を紙の鳥などの所定の形に折り曲げることができる和紙の折り紙芸術である折り紙に着想を得ています。

凍結した折り目は新しい洞察を提供します
Nature Nanotechnology の研究論文では、RNA 折り紙技術を使用して RNA ナノ構造を設計した方法について説明しています。RNA ナノ構造は、デンマークの国立低温電子顕微鏡施設 EMBION で低温電子顕微鏡 (cryo-EM) によって特徴付けられました。 Cryo-EM は、生体分子の 3D 構造を決定する方法であり、サンプルを非常に急速に凍結させることで、水が氷の結晶を形成する時間がないため、凍結した生体分子を電子顕微鏡でより明確に観察できます。

何千もの分子の画像をコンピューター上で 3D マップに変換し、それを使用して分子の原子モデルを構築できます。 クライオ EM の調査により、RNA 折り紙の詳細な構造に関する貴重な洞察が得られ、設計プロセスの最適化が可能になり、より理想的な形状が得られました。

「クライオ EM からの正確なフィードバックにより、分子設計を微調整し、ますます複雑化するナノ構造を構築する機会が得られました」と、オーフス大学 iNANO の准教授である Ebbe Sloth Andersen は説明します。

スローフォールディングトラップの発見

RNA シリンダー サンプルの Cryo-EM 画像には、10 つの非常に異なる形状が含まれていることが判明しました。異なる時間にサンプルを凍結することにより、XNUMX つの形状の間の遷移が起こっていることが明らかになりました。 サンプルが凍結されていない小角X線散乱（SAXS）の技術を使用して、研究者はこの遷移をリアルタイムで観察することができ、折り畳み遷移が約XNUMX秒後に発生したことを発見しました。 XNUMX時間。 研究者は、RNA が転写中にトラップされ、後で解放される、いわゆる「フォールディング トラップ」を発見しました (ビデオを参照)。

「フォールディングは通常 XNUMX 秒未満で行われるため、これほどゆっくりとリフォールディングする RNA 分子を発見したことは非常に驚きでした」とオーフス大学の化学科および iNANO 教授である Jan Skov Pedersen 氏は述べています。

「同様のメカニズムを利用して、患者の適切なタイミングと場所で RNA 治療薬を活性化できることを期待しています」と、この研究の筆頭著者である Ewan McRae 氏は説明しています。 Therapeutics」は、米国テキサス州のヒューストン メソジスト研究所で開催されました。

RNAからのナノサテライトの構築

複雑な形状の形成を実証するために、研究者は、ハッブル宇宙望遠鏡に触発されたマルチドメインの「ナノサテライト」形状を作成するために、RNA の長方形と円柱を組み合わせました。

「ナノサテライトは細胞内で発現できるため、RNA 設計によって折り畳み空間 (折り畳みの可能性空間) と細胞内空間を探索できることを示すシンボルとしてナノサテライトを設計しました」 RNA折り紙法。

しかし、人工衛星はその柔軟な特性のためにクライオ EM による特徴付けが困難であることが判明したため、サンプルは米国の研究所に送られ、そこで電子トモグラフィー (いわゆる IPET) による個々の粒子の 3D 構造の決定を専門としています。 -方法。

「RNA サテライトは大きな挑戦でした。 しかし、IPET メソッドを使用することで、個々の粒子の 3D 形状を特徴付け、ナノサテライト上のダイナミック ソーラー パネルの位置を特定することができました」と、米国カリフォルニア州ローレンス バークレー国立研究所の分子ファウンドリーの Gary Ren 氏は述べています。

RNA医療の未来

RNA オリガミスの調査は、医学や合成生物学で使用する RNA 分子の合理的な設計の改善に貢献します。 ノボ ノルディスク財団が支援する新しい学際的コンソーシアム COFOLD は、コンピューター サイエンス、化学、分子生物学、微生物学の研究者を巻き込み、より高い時間分解能でフォールディングを設計、シミュレーション、測定することで、RNA フォールディング プロセスの調査を継続します。

「RNA設計の問題が部分的に解決されたので、RNAベースの医療に使用したり、細胞を再プログラムするためのRNA調節要素として機能したりできる機能的なRNAナノ構造を作成する道が開かれました」とEbbe Sloth Andersenは予測しています.

調査報告書：共転写RNAオリガミの構造、折り畳み、柔軟性

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• 情報源： https://www.spacedaily.com/reports/Nanosatellite_shows_the_way_to_RNA_medicine_of_the_future_999.html