Формирование стволовой петли приводит к свертыванию РНК
Точные знания о гибридизации РНК необходимы для понимания структуры и функций РНК. Понимание того, как отдельные нити комплементарной РНК отжигаются для формирования нативной структуры, требует точного знания энергетики гибридизации и кинетики, управляющей складкой шпильки (элемента вторичной структуры РНК). Ученые в своей новой работе объявили, что формирование стволовой петли приводит к свертыванию РНК. Это утверждение базируется на экспериментах по механической распаковке, проведенных с применением молекулярно-биологического оборудования.
Динамика отжига очень сложна для РНК, где вдоль пути сворачивания возникает множество долгоживущих промежуточных состояний. В этих рамках эксперименты с одной молекулой позволили получить термодинамику и кинетику свертывания РНК и характеристику промежуточных продуктов по пути свертывания. Здесь, по сути, ученые механически разархивировали шпильку для РНК со скоростью 2 кбит/с с помощью оптического пинцета в натрии и магнии, извлекая свободные энергии ближайших десяти соседних молекул РНК и моделируя кинетику гибридизации в барьерном энергетическом ландшафте вторичных структур со стволовыми петлями.
Примечательно, что кривые зависимостей параметров силы и расстояния продемонстрировали сильные необратимые эффекты с запоздалой реакцией, то есть гистерезисом и несколькими промежуточными звеньями. Это исключило извлечение энергий из десятка соседних молекул РНК с помощью доступных в настоящее время методов. Комбинация подходящего синтеза РНК с индивидуальным протоколом вытягивания позволила получить полностью обратимые кривые силы—расстояния, необходимые для получения энергий соседнего десятка РНК.
Учеными также была продемонстрирована эквивалентность поправок на соли свободной энергии натрия и магния на уровне отдельных групп соседних РНК. Чтобы охарактеризовать необратимость процесса распаковки и переподключения, исследователям понадобилось ввести энергетический ландшафт барьера структур стержневой петли, формирующихся вдоль дополнительных нитей, которые конкурируют с образованием родной шпильки. Этот ландшафт коррелирует с той самой запоздалой реакцией, наблюдаемой вдоль кривых силы—расстояния.
По итогам экспериментов анализ последовательности РНК показал, что укладка оснований и спаривание оснований стабилизируют петли ствола, которые кинетически улавливают долгоживущие промежуточные соединения, наблюдаемые в кривых силы—расстояния. Образование стволовых петель представляется общим механизмом, объясняющим широкий спектр поведения, наблюдаемого при сворачивании РНК.
