Un singur nucleotide din ARN controlează activarea coloranților fluorescenti
Cercetătorii au descoperit mecanismul molecular prin care o mică moleculă de ARN, numită RhoBAST, activează coloranți fluorescenti, permițând urmărirea moleculelor de ARN în celulele vii cu super-rezoluție. Studiul, publicat în Nature Communications, a fost realizat de o colaborare internațională condusă de Ronald Micura de la Institutul de Chimie Organică al Universității din Innsbruck și Aiming Ren de la Universitatea Zhejiang.
Aptamerii fluorescenti de tip „light-up” sunt secvențe scurte de ARN care leagă și activează molecule mici de colorant ce, altfel, prezintă doar o fluorescență slabă. Această proprietate permite marcarea genetică a ARN-ului pentru imagistica celulelor vii, fără a fi nevoie de markeri proteici de fuziune. Deoarece colorantul este „activat” doar la legarea de ARN, fluorescența de fond rămâne scăzută.
Sisteme precum Spinach, Broccoli, Mango și Pepper au perfecționat continuu acest principiu în ultimii ani. RhoBAST permite suplimentar imagistica de înaltă rezoluție a moleculelor individuale de ARN în celulele vii.
Structura dezvăluită
Pentru a înțelege baza moleculară a acestor proprietăți remarcabile, oamenii de știință conduși de Ronald Micura și Aiming Ren au determinat, pentru prima dată, structura RhoBAST fără un colorant legat, precum și structurile sale în complex cu TMR-DN și coloranți similari. Rezultatele au fost publicate în Nature Communications.
Cercetătorii au descoperit un mecanism surprinzător de simplu: RhoBAST adoptă o structură în formă de V inversat și găzduiește colorantul între două bucle de ARN. Când colorantul se leagă, un singur bloc constitutiv de ARN — residuul de guanozină G38 — se întoarce dintr-o poziție orientată spre interior într-una orientată spre exterior, creând astfel spațiu pentru colorant.
Mutageneza ghidată de structură și testele biofizice, inclusiv spectroscopia de fluorescență, rezonanța plasmonică de suprafață (SPR) și cinetica 2-aminopurinei, demonstrează că această întoarcere dinamică permite schimbul rapid de ligand și „clipirea” fluorescentă — o caracteristică definitorie a imagisticii cu super-rezoluție. Descoperirile relevă un mecanism nerecunoscut anterior.
Avansarea imagisticii ARN
„Este fascinant că o mișcare locală atât de mică în interiorul ARN-ului este crucială pentru proprietățile remarcabile ale întregului sistem”, explică Micura. „Întoarcerea unui singur nucleotide permite schimbul rapid al colorantului și astfel clipirea caracteristică, esențială pentru microscopia cu super-rezoluție.”
Această înțelegere a mecanismului molecular de comutare oferă o bază pentru dezvoltarea unei noi generații de instrumente pentru imagistica de înaltă rezoluție a ARN-ului în celulele vii.
