Прорыв в РНК-нанотехнологиях

Получены стабильные трехмерные РНК-наноструктуры

Ученые смогли преодолеть большое препятствие на пути к использованию генетического материала РНК в нанотехнологиях – области, занимающейся разработкой машин в тысячи раз меньшего размера, чем толщина человеческого волоса, где сейчас доминирует ДНК. Полученные ими результаты, способные ускорить использование РНК-нанотехнологий в области медицины, представлены в журнале ACS Nano.

Профессор биомедицинской инженерии Университета Цинциннати (University of
Cincinnati) доктор философии Пейсян Го (Peixuan Guo). (Фото: science-bits.blogspot.com)

Профессор биомедицинской инженерии Университета Цинциннати (University of Cincinnati) доктор философии Пейсян Го (Peixuan Guo) и его коллеги отмечают, что, имея общие химические свойства, ДНК, двухцепочечный генетический «план жизни», и РНК, ее одноцепочечная «кузина», могут использоваться в качестве строительных блоков для создания наноструктур и наноустройств. В некоторых отношениях РНК даже имеет преимущества перед ДНК. Область ДНК-нанотехнологий уже давно и интенсивно развивается. Однако РНК-нанотехнологии, которым всего 10 лет, не менее перспективны и могут с успехом применяться в лечении рака, а также вирусных и генетических заболеваний. Медленный прогресс РНК-нанотехнологий объясняется химической нестабильностью РНК и ее разрушением в присутствии ферментов.

Профессору Го и его коллегам удалось получить высокостабильную РНК-наночастицу.

«Фермент РНКаза случайным образом разрезает РНК на мелкие фрагменты, делая это очень эффективно – всего за нескольких минут», – объясняет профессор Го. «Учитывая, что РНКаза присутствует повсюду, получение РНК в лаборатории – чрезвычайно сложная задача».

Наноразмерные моторы, такие как этот – из ДНК-вала и шести РНК-винтов – могут обеспечить энергией крошечные наномашины, каждая из которых в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса.
(Изображение: portal.acs.org)

Заменив одну из химических групп в макромолекуле, Го и его коллеги нашли способ воспрепятствовать действию РНКазы и создать стабильные трехмерные конфигурации РНК, значительно расширив возможности ее применения в нанотехнологиях.

Ученые сосредоточили свое внимание на кольцах рибозы, которые вместе с фосфатными группами составляют остов нуклеополимера. Заменив один из участков рибозного кольца, Го и его коллеги сделали невозможным его связывание с РНКазой, получив, таким образом, устойчивую к разрушению молекулярную структуру.

«Взаимодействие между РНКазой и РНК требует соответствия структурной конформации», – объясняет Го. «Если конформация РНК изменяется, РНКаза не может распознать РНК и связывание становится проблематичным».

Показав в более ранних исследованиях, что такое изменение делает РНК стабильной в двойной спирали, ученые отказались от изучения его потенциала в воздействии на фолдинг РНК в трехмерную структуру, необходимую в нанотехнологии.

«Мы установили, что модифицированная РНК может соответствующим образом сворачиваться в 3-D структуру и выполнять свои биологические функции», – говорит Го.

Ученые протестировали способность трехмерной РНК-наноструктуры обеспечивать энергией наноразмерный биологический мотор одного из бактериофагов – вирусов, инфицирующих бактерии – работающий с помощью молекул РНК. Модифицированная РНК показала отличную биологическую активность даже в присутствии высоких концентраций ферментов, обычно разрушающих этот полимер.

(Аннотация к статье в ACS Nano). (Фото: pubs.acs.org)

Как ДНК, так и РНК могут служить строительными блоками для постоянно растущего производства наноструктур. Новаторский подход, предложенный Нэдом Симэном 30 лет назад, привел к взрыву информации в области ДНК-нанотехнологии. Молекулами РНК можно манипулировать с той же простотой, что и ДНК, получая при этом неканоническое спаривание оснований, универсальные функции и каталитическую активность, аналогичную белковой. Однако, испугавшись чувствительности РНК к РНКазе, многие ученые ушли из РНК-нанотехнологий. Мы сообщаем о получении стабильных РНК-наночастиц, устойчивых к разложению РНКазой. 2′-F (2′-фтор)-РНК сохраняет способность к правильной димеризации и биологическую активность в приведении в движение наномотора бактериофага phi29 при упаковке вирусной ДНК и образовании инфекционных вирусных частиц. Наши результаты демонстрируют целесообразность производства устойчивых к РНКазе, биологически активных и стабильных РНК-наночастиц для применения в нанотехнологии.

Полученные данные подтверждают целесообразность производства устойчивых к ферменту РНКазе, биологически активных и стабильных РНК для использования в области нанотехнологий.

«Так как стабильные молекулы РНК могут быть использованы для сборки различных наноструктур, они являются идеальным инструментом для доставки адресных терапевтических средств в раковые или инфицированные вирусами клетки»,– считает профессор Го.

Исследование финансировалось национальным институтом здравоохранения (National Institutes of Health) США.

Аннотация к статье Fabrication of Stable and RNase-Resistant RNA Nanoparticles Active in Gearing the Nanomotors for Viral DNA Packaging

Источник

«Церковь - место, где джентльмены, никогда не бывавшие на небесах, рассказывают небылицы тем, кто никогда туда не попадет»

Менкен Генри Луис

Файлы

Самоучитель игры на мировой шахматной доске

Отменить старение

Физика будущего

Аристотель "Политика. Этика. Поэтика"