De transcriptie met NpN-kappen aan het RNA bij bacteriën gebeurt vooral in stresssituaties (afb: Hana Cahová et al./Nature Chemical Biology)
Wetenschapsters van het IOCB Praag ontdekten een nog niet eerder waargenomen mechanisme van gentranscriptie bij bacteriën. Het gaat dan om het proces waarbij DNA wordt afgelezen en omgezet in RNA. De onderzoekers richtten zich op een specifieke klasse moleculen, bekend als alarmonen. Dat zijn signaalmoleculen die in bacteriën en planten (bladgroen) voorkomen. Hun concentratie neemt vaak toe onder stressomstandigheden. Daarbij zagen de onderzoeksters zogeheten kap-RNA’s optreden.
RNA-moleculen kunnen aan één uiteinde verschillende chemische modificaties dragen, bekend als ‘kappen’. In eukaryotische organismen (organismen met celkern anders dan in bacteriën), waaronder menselijke cellen, speelt de bekendste kap een belangrijke rol in de stabiliteit van RNA en in het bepalen van het verdere lot ervan.
De laatste jaren is echter duidelijk geworden dat er ook alternatieve, nog niet eerder ontdekte RNA-kappen bestaan, hoewel de vorming ervan en de mechanismen waarmee ze aan RNA hechten nog niet. goed bekend zijn. Voorbeelden hiervan zijn alarmon-kappen, gevormd door dinucleoside-polyfosfaatmoleculen, die cellulair RNA beschermen op momenten dat de cel wordt bedreigd.
In hun onderzoek bestudeerden Hana Cahová en haar collega’s bacteriële RNA-polymerase (dat de transcriptie uitvoert) en onderzochten hoe dit enzym een transcriptie kan initiëren met behulp van dinucleosidepolyfosfaten (NpN’s) in plaats van de standaard RNA-bouwstenen.
Voor het eerst beschreven de wetenschapsters op atoomniveau hoe RNA met een alarmon-kap direct bij de initiatie van gentranscriptie kan worden aangemaakt. Ze zagen ook dat de NpN’s binden via een ander type basenparing dan gebruikelijk is bij transcriptie.
Met behulp van cryogene elektronenmicroscopie zagen de onderzoeksters hoe die dinucleosidepolyfosfaatmoleculen zich binden aan de actieve plaats van RNA-polymerase (de actieve kern van het enzym waar genetische informatie wordt getranscribeerd). Samen helpen hun bevindingen de processen te verhelderen die gepaard gaan met de transcriptie van genetische informatie van DNA naar RNA.
“We beschrijven iets dat daadwerkelijk in cellen plaatsvindt en dat we nu direct kunnen observeren op het niveau van individuele moleculen”, zegt Cahová. “Dit stelt ons in staat fundamentele vragen te beantwoorden over celprocessen, zoals hoe cellen zich aanpassen aan stress. RNA speelt hierin een centrale rol, omdat het de informatieketen draagt die ten grondslag ligt aan elke cellulaire reactie – bijvoorbeeld op bedreigende omstandigheden veroorzaakt door voedingstekort of door een temperatuurschok.”
Cryo-EM
Cryogene elektronenmicroscopie (cryo-EM) was essentieel voor het project. Dit deel van het werk werd geleid door Tomáš Kouba, een van de auteurs van de studie. “Cryogene elektronenmicroscopie stelt ons in staat biologische moleculen in te vriezen in een toestand die zeer dicht bij hun natuurlijke vorm ligt, waarna we hun driedimensionale structuur kunnen bepalen. Dit maakt het mogelijk om rechtstreeks in de actieve centra van enzymen te kijken en hun functie tot op atomair niveau te observeren.”
Bron: phys.org