smStructure-seq fångar RNA sekundär strukturinformation för olika transkriptisoformer. a , Schematisk design av smStructure-seq-designen för RNA-sekundär struktursondering av varje COOLAIR isoform. Arabidopsis plantor behandlades med NAI ((+)SHAPE) eller DMSO ((−)SHAPE). Totalt RNA extraherades och RNA-DNA-hybridadaptrarna (stegesymbol) sattes till reaktionen med omvänd transkription (RT) med TGIRT-III-enzym. dsDNA genererades genom att lägga till specifika primrar för alla COOLAIR isoformer. Hanteladaptrarna ligerades sedan till de resulterande dsDNA för att generera PacBio-bibliotek. De obearbetade underläsningarna konverterades till högnoggranna HiFi-läsningar (eller cirkulära konsensussekvenser) 14 för att generera mutationshastighetsprofilerna. b , De normaliserade SHAPE-reaktiviteterna härledda från mutationshastighetsprofilerna plottades för olika klass I (under kallodlade förhållanden) och II (under varmodlade förhållanden) COOLAIR transkriptionsisoformer. Den normaliserade SHAPE-reaktiviteten beräknas från sammanslagna n =2 biologiska replikat. Dessa reaktivitetsvärden är färgkodade och visas på y axel. Kredit:Nature (2022). DOI:10.1038/s41586-022-05135-9
Miljöförhållandenas inverkan på de dynamiska strukturerna av RNA i levande celler har avslöjats av innovativ teknik utvecklad av forskare vid John Innes Centre.
Forskningen, resultatet av ett samarbete mellan grupperna av professor Dame Caroline Dean FRS och Dr. Yiliang Ding, ökar vår förståelse för vad som händer på cellnivå som svar på miljösignaler. Detta ökar möjligheten att vi kan använda denna kunskap för att finjustera grödor eller utveckla RNA-baserade terapier för sjukdomar som COVID-19 (SARS-COV-2.)
Tidigare forskning av dessa grupper visade att två viktiga genetiska element COOLAIR och FLC samverkar för att reglera växternas molekylära svar på varmt och kallt. Men det var oklart hur RNA-strukturen i COOLAIR bidrar till regleringen av FLC – en genetisk broms för blomning i växter.
Forskare i Ding-gruppen utvecklade en ny teknik som kan profilera RNA-struktur med upplösningen av en enda molekyl i levande celler.
Genom att använda denna teknik kunde de observera RNA-strukturförändringar. Under varma förhållanden antar COOLAIR RNA tre dominerande strukturer och dessa former och proportioner ändrades efter att växterna utsattes för kalla temperaturer.
De märkte att förändringar i RNA-konformationer i en hypervariabel region av COOLAIR förändrade FLC-uttrycket. Genom att introducera mutationer i sekvensen av denna RNA-region kunde forskarna ändra växternas blomningstid.
Dr. Ding säger att deras "arbete har visat att RNA kan anta olika konformationer eller strukturer. Dessa olika konformationer förändras dynamiskt som svar på yttre förhållanden. I denna studie genom att justera RNA-strukturen ändrade vi växtens blomningstid."
Förståelsen av hur RNA-struktur påverkar RNA-funktionen, och förmågan att konstruera växtgenom på RNA-cellnivå, ökar möjligheten att designa grödor med mer önskvärda agronomiska och näringsmässiga egenskaper.
Gruppen säger att tekniken även kan tillämpas på mänskliga celler där RNA-strukturer kan fungera som en guide för att utforma RNA-baserade terapier.
Första författaren Dr. Pan Zhu säger att "varje RNA sannolikt har sina egna RNA-strukturlandskap och konformationella mångfald. Vår teknologi kommer att tillåta oss att utforska den genomgripande funktionella betydelsen av RNA-strukturer i RNA av intresse som SARS-COV-2 ."
Gruppen kommer nu att försöka dela sin nya teknologi med RNA-baserade industriella eller akademiska samarbetspartners.
Under genuttrycksprocessen transkriberas DNA till RNA som sedan används för att göra proteiner. RNA kallas ofta för den "magra molekylen" eftersom den är enkelsträngad, men nyare arbete har belyst dess strukturella mångfald och hur dessa strukturer påverkar genreglering och proteinsyntes.
I växter fungerar FLC som en broms på blomningen, en nyckeldel av en molekylär mekanism som säkerställer att växten bara blommar när den har nått en erforderlig nivå av exponering för kyla. COOLAIR är antisense mot FLC, binder till det och blockerar det från att transkriberas efter exponering för kyla. Kunskap om dessa mekanismer kommer att vara nyckeln till att förstå konsekvenserna av klimatförändringar.
Forskningen visas i Nature .
