O RNA tem estado no centro das atenções pelo seu papel principal na tecnologia de vacinas de ponta, mas as moléculas de RNA também são atores-chave no funcionamento interno das células.



Esta exploração de RNA menos explorada é o tema de um novo estudo liderado pela Universidade de Buffalo, publicado em 6 de novembro na revista Nature Chemistry. .

O trabalho examina o papel que a temperatura desempenha à medida que as moléculas de RNA passam pela separação de fases para formar condensados ​​fisicamente distintos, semelhantes a gel. Esses condensados ​​são estruturas especializadas e sem membrana que estão envolvidas em vários processos celulares e têm sido associadas a doenças neurodegenerativas.

Em última análise, o estudo poderia ajudar a levar a novas formas de pensar sobre biologia, biofísica e outros campos de estudo.

“A separação de fases das biomoléculas revolucionou nosso pensamento sobre como as células compartimentam os processos”, diz Priya Banerjee, Ph.D., professora associada do Departamento de Física da UB, da Faculdade de Artes e Ciências, que liderou o estudo.

"A maioria dos estudos tem sido centrada nas proteínas, com a ideia de que as proteínas formam esses condensados ​​semelhantes a líquidos, e temos estado muito interessados ​​no que o RNA faz neste processo. Até agora, os estudos têm-se limitado a examinar como o RNA pode regular as proteínas. separação de fases, portanto, olhando para o RNA em um papel mais regulador”.

O estudo foi feito em colaboração com Rohit Pappu, Ph.D., Gene K. Beare Distinguished Professor de engenharia biomédica na Washington University em St. Louis, e Venkat Gopalan, Phd, professor de química e bioquímica na Ohio State University.

Investigando o ato solo do RNA

Banerjee e Gable Wadsworth, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Banerjee e primeiro autor do estudo, ficaram intrigados com a forma como o RNA poderia sair de seu papel regulador e se separar por conta própria. Através de um esforço sistemático de investigação, eles concluíram que todas as moléculas de RNA parecem ter um comportamento de fase de temperatura crítica de solução mais baixa (LCST), onde a separação de fases é favorecida em altas temperaturas. O que realmente os surpreendeu, porém, foi que o polifosfato, a estrutura do RNA desprovido das nucleobases e do grupo ribose, também apresentou comportamento da fase LCST.

Para chegar ao fundo deste fenómeno observado, Banerjee e Wadsworth juntaram-se a Pappu e ao seu grupo para compreender os mecanismos que sustentam o comportamento.

“Usamos cálculos e parte de nossa compreensão teórica dos comportamentos da fase LCST e percebemos que o que Banerjee e colegas estavam observando era uma combinação de dois processos”, diz Pappu. "A estrutura do fosfato e os íons da solução se dissolvem com o aumento da temperatura. A perda de águas de hidratação das metades complementares faz com que as moléculas de RNA se procurem, e os íons unem grupos de fosfato dentro e através de diferentes moléculas para permitir a separação de fases."

Como resultado, as fases condensadas tornam-se redes fisicamente reticuladas e, juntos, os grupos de Pappu e Banerjee descobriram que a rede proporcionada por fortes interações entre moléculas de RNA pode permitir diferentes comportamentos de fase durante o aquecimento ou resfriamento. Notavelmente, a equipe descobriu que a queda da temperatura pode levar a condensações persistentes. O laboratório de Banerjee também trabalhou com o laboratório de Gopalan para entender como a formação de condensado e a interação entre a separação de fases e a percolação impactam as funções de uma antiga enzima de RNA.

“O RNA tem um termômetro interessante, por assim dizer, que detecta mudanças de temperatura”, diz Banerjee. "Este estudo é uma nova direção na forma como pensamos sobre a separação de fases das moléculas em geral, e pode levar a uma nova compreensão da biologia, biofísica, ciência dos materiais e até mesmo das origens da vida."

Pappu acrescenta que prevê usar o comportamento da fase termorresponsiva do RNA em uma variedade de aplicações, desde processamento e armazenamento de memória até biomateriais.

Mais informações: Gable M. Wadsworth et al, RNAs passam por transições de fase com temperaturas críticas de solução mais baixas, Nature Chemistry (2023). DOI:10.1038/s41557-023-01353-4
Informações do diário: Química da Natureza

Fornecido pela Universidade de Buffalo