Войти
Механизм РНК-оригами. РНК-оригами - это наноразмерное складывание РНК, позволяя РНК создавать определенные формы для организации этих молекул. Это новый метод, разработанный исследователями из Орхусского университета и Калифорнийского технологического института. РНК-оригами синтезируется ферментами, которые превращают РНК в определенные формы. Сворачивание РНК происходит в живых клетках в естественных условиях. РНК оригами представлена как ДНК ген, который внутри клеток может транскрибироваться в РНК с помощью РНК-полимеразы. Существует множество компьютерных алгоритмов, помогающих сворачивать РНК, но ни один из них не может полностью предсказать сворачивание РНК единственной последовательности.
РНК-адаптированные мотивы В нанотехнологии нуклеиновых кислот искусственные нуклеиновые кислоты конструируются для образования молекулярных компонентов, которые могут самостоятельно - собирать в стабильные структуры для использования, начиная от адресной доставки лекарств и заканчивая программируемыми биоматериалами. нанотехнология ДНК использует мотивы ДНК для создания целевых форм и механизмов. Он использовался в различных ситуациях, включая нанороботику, алгоритмические массивы и сенсорные приложения. Будущее ДНК-нанотехнологий наполнено возможностями для приложений.
Успех ДНК-нанотехнологий позволил дизайнерам развивать РНК-нанотехнологию как развивающуюся дисциплину. Нанотехнология РНК сочетает в себе упрощенный дизайн и манипуляции, характерные для ДНК, с дополнительной гибкостью в структуре и разнообразием функций, аналогичных белкам. Универсальность РНК по структуре и функциям, благоприятные свойства in vivo и восходящая самосборка - идеальный путь для разработки биоматериалов и наночастиц доставки лекарств. Для конструирования этих наночастиц РНК было разработано несколько методов, включая кубический каркас РНК, шаблонную и нестандартную сборку и РНК-оригами.
Первая работа по РНК-оригами появилась в журнале Science, опубликованном Эббе С. Андерсеном из Орхусского университета. Исследователи из Орхусского университета использовали различные 3D-модели и компьютерное программное обеспечение для создания индивидуальных РНК-оригами. После кодирования в виде синтетического гена ДНК добавление РНК-полимеразы привело к образованию РНК-оригами. Наблюдение за РНК в основном проводилось с помощью атомно-силовой микроскопии, метода, который позволяет исследователям смотреть на молекулы в тысячу раз ближе, чем это обычно возможно с помощью обычного светового микроскопа. Они смогли образовать соты, но определили, что возможны и другие формы.
Коди Гири, ученый в области РНК-оригами, описал уникальность метода РНК-оригами. Он заявил, что его рецепт складывания закодирован в самой молекуле и определяется ее последовательностью. Последовательность придает РНК-оригами как ее окончательную форму, так и движения структуры при ее складывании. Основная проблема, связанная с РНК-оригами, проистекает из того факта, что РНК складывается сама по себе и, таким образом, может легко запутаться.
Для автоматизированного проектирования структуры РНК-оригами требуется три основные процессы; создание 3D-модели, написание 2D-структуры и проектирование последовательности. Сначала создается 3D-модель с использованием третичных мотивов из существующих баз данных. Это необходимо для того, чтобы созданная конструкция имела допустимую геометрию и деформации. Следующий процесс - создание 2D-структуры, описывающей путь прядей и пары оснований из 3D-модели. Этот двухмерный план вводит ограничения последовательности, создавая первичные, вторичные и третичные мотивы. Последний шаг - разработка последовательностей, совместимых с разработанной структурой. Алгоритмы проектирования могут использоваться для создания последовательностей, которые могут складываться в различные структуры.
Сравнение строительных блоков ДНК и РНК оригами с двойным перекрестом. Левая панель - это план многонитевого DX, обычно используемого в ДНК-оригами. Правая панель представляет собой дизайн однониточного DX, в который вставлены шпильки, петли для поцелуев и мотив шва «ласточкин хвост». Для получения желаемой формы в методе РНК-оригами используется двойной -crossovers (DX), чтобы расположить спирали РНК параллельно друг другу, чтобы сформировать строительный блок. В то время как ДНК-оригами требует создания молекул ДНК из нескольких цепей, исследователи смогли разработать метод создания молекул DX только из одной цепи для РНК. Это было сделано путем добавления мотивов шпильки к краям и комплексов петель для поцелуев на внутренних спиралях. Добавление большего количества молекул ДНК друг на друга создает соединение, известное как шов ласточкин хвост. Этот шов типа «ласточкин хвост» имеет пары оснований, которые пересекаются между соседними стыками; таким образом, структурный шов вдоль стыка становится зависимым от последовательности. Важным аспектом этих взаимодействий сворачивания является сворачивание; порядок, в котором формируются взаимодействия, потенциально может создать ситуацию, в которой одно взаимодействие блокирует другое, создавая узел. Поскольку взаимодействия «целующаяся петля» и «ласточкин хвост» составляют пол-оборота или короче, они не создают этих топологических проблем.
РНК и наноструктуры ДНК используются для организации и координация важных молекулярных процессов. Однако существует несколько явных различий между фундаментальной структурой и приложениями между ними. Хотя процесс создания РНК-оригами был вдохновлен методами ДНК-оригами, установленными Полом Ротемундом. РНК-оригами - это гораздо более новый процесс, чем ДНК-оригами; ДНК-оригами изучается примерно десять лет назад, тогда как изучение РНК-оригами началось только недавно.
В отличие от ДНК-оригами, которое включает химический синтез цепей ДНК и организацию цепей для образования любой желаемой формы с помощью «основных цепей», оригами РНК создается с помощью ферментов и впоследствии складывается в предварительно отрисованные формы. РНК способна укладываться уникальными способами в сложные структуры за счет ряда вторичных структурных мотивов, таких как консервативные мотивы и короткие структурные элементы. Основным детерминантом топологии РНК является взаимодействие вторичных структур, которое включает такие мотивы, как псевдоязычные узлы и петли поцелуев, смежные спирали, накладывающиеся друг на друга, петли шпильки с содержимым выпуклости и коаксиальные стопки. Это в значительной степени является результатом четырех разных нуклеотидов: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и урацил. (U) и способность образовывать неканонические пары оснований.
. Существуют также более сложные и дальнодействующие третичные взаимодействия РНК. ДНК не может образовывать эти третичные мотивы и, следовательно, не может соответствовать функциональной способности РНК при выполнении более универсальных задач. Молекулы РНК, которые правильно свернуты, могут служить ферментами благодаря расположению ионов металлов в их активных центрах; это дает молекулам разнообразные каталитические способности. Благодаря этой связи с ферментами, структуры РНК потенциально могут быть выращены в живых клетках и использованы для организации клеточных ферментов в отдельные группы.
Кроме того, молекулярный распад ДНК-оригами нелегко встроить в генетический материал организма. Однако РНК-оригами может быть записана непосредственно как ген ДНК и транскрибирована с помощью РНК-полимеразы. Следовательно, в то время как ДНК-оригами требует дорогостоящего культивирования вне клетки, РНК-оригами можно производить в массовых и дешевых количествах непосредственно внутри клеток, просто выращивая бактерии. Возможность и экономическая эффективность производства РНК в живых клетках в сочетании с дополнительной функциональностью структуры РНК являются многообещающими для развития РНК-оригами.
РНК-оригами - это новая концепция, имеющая большой потенциал для применения в наномедицине и синтетической биологии. Этот метод был разработан, чтобы позволить новое создание больших наноструктур РНК, которые создают определенные каркасы для объединения функций на основе РНК. Поскольку РНК-оригами находится в зачаточном состоянии, многие из ее потенциальных приложений все еще находятся в процессе открытия. Его структуры способны обеспечить стабильную основу для обеспечения функциональности компонентов РНК. Эти структуры включают рибопереключатели, рибозимы, сайты взаимодействия и аптамеры. Структуры аптамеров позволяют связывать небольшие молекулы, что дает возможности для создания будущих наноустройств на основе РНК. РНК-оригами также можно использовать в таких областях, как распознавание и связывание клеток для диагностики. Кроме того, были изучены адресная доставка и прохождение гематоэнцефалического барьера. Возможно, наиболее важным будущим применением РНК-оригами станет создание каркасов для организации других микроскопических белков и их взаимодействия друг с другом.
