Ученые выясняют, как ДНК поддерживает точную транскрипцию с помощью суперкомпьютера
Послание жизни закодировано в нашей геномной ДНК посредством транскрипции РНК-мессенджера и трансляции белков для выполнения клеточных функций. Для обеспечения точной транскрипции — процесса, который транскрибирует геномную ДНК в РНК-мессенджер путем добавления нуклеотидов одна за другой, как буквы в алфавите, фермент РНК-полимераза II синтезирует и корректирует РНК-мессенджер, чтобы удалить любые неправильно введенные нуклеотиды, которые не совпадают с Шаблон ДНК.
В то время как РНК-полимераза II, как было известно, играет решающую роль в обеспечении точности транскрипции, было давней загадкой, как этот фермент решает эту трудную задачу. Определение базовых механизмов может дать представление об ошибках, допущенных во время этого очень точного процесса транскрипции, что может привести к различным заболеваниям человека.
Исследовательская группа во главе с профессором Хуан Сюхуэем, доцентом кафедры химии и химико-биологической инженерии HKUST Падмы Хариллы, теперь сообщает о механизме РНК-полимеразы II для исправления ошибок в синтезе РНК. Когда нуклеотид добавляется по ошибке, РНК-полимераза II может перематываться назад, перемещаясь назад (называемый обратным отслеживанием) и расщепляя этот неправильно включенный нуклеотид. Исследовательская группа обнаружила, что хотя специфические аминокислотные остатки РНК-полимеразы II имеют решающее значение для обратного отслеживания, для расщепления неправильно введенного нуклеотида требуется только сама РНК (то есть фосфатный кислород неправильно введенного нуклеотида).
«РНК-полимераза II похожа на молекулярную машину в клетке. Природа хитроумно сконструировала эту машину, чтобы катализировать две различные химические реакции в одном активном сайте, не смешиваясь. Хотя для нормального синтеза РНК требуются специфические аминокислотные остатки РНК-полимеразы II, мы обнаружили, что что удаление несовпадающего нуклеотида не зависит от каких-либо аминокислотных остатков. Эта молекулярная машина легко координирует эти две функции в одном активном сайте «, — сказал профессор Хуан. «Наше открытие дает ценную информацию о том, как транскрипция может идти не так у стареющих и больных клеток, и в какой степени ошибки транскрипции могут привести к различным заболеваниям человека».
«Наша работа возможна только с крупномасштабными высокопроизводительными вычислительными ресурсами, которые в основном предоставляются суперкомпьютером Shaheen в сотрудничестве с Университетом науки и технологии имени короля Абдаллы (KAUST)», — добавил профессор Хуанг. «Наши квантово-механические и молекулярно-динамические расчеты заняли в общей сложности 20 миллионов часов ядра процессора».
Полученные результаты были недавно опубликованы в престижном научном журнале Nature Catalysis.
