Livets budskap är kodat i vårt genomiska DNA genom transkription av budbärar -RNA och translation av proteiner för att utföra cellulära funktioner. För att säkerställa korrekt transkription - en process som transkriberar genomiskt DNA till budbärar -RNA genom att lägga till nukleotider en efter en som bokstäver i alfabetet, ett enzym som kallas RNA-polymeras II syntetiserar och korrekturläser messenger-RNA för att ta bort eventuellt felinkorporerade nukleotider som inte matchar DNA-mallen.

Även om RNA -polymeras II var känt för att vara avgörande för att säkerställa transkriptionens noggrannhet, det hade varit ett långvarigt pussel om hur detta enzym klarar denna svåra uppgift. Att bestämma de bakomliggande mekanismerna kan ge insikter i fel som gjorts under denna annars mycket noggranna transkriptionsprocess, som kan leda till olika sjukdomar hos människor.

Ett forskargrupp ledd av prof. Huang Xuhui, Padma Harilela Docent i naturvetenskap vid Institutionen för kemi och Institutionen för kemisk och biologisk teknik vid HKUST rapporterar nu mekanismen för RNA -polymeras II för att korrigera fel i RNA -syntes. När en nukleotid läggs till av misstag, RNA-polymeras II kan spola tillbaka genom att röra sig bakåt (kallas backtracking) och klyva denna felinkorporerade nukleotid. Forskargruppen fann att även om specifika aminosyrarester av RNA -polymeras II är avgörande för backtracking, klyvning av den felinkorporerade nukleotiden kräver endast själva RNA (dvs fosfatsyre från felinkorporerad nukleotid).

"RNA -polymeras II är som en molekylär maskin i cellen. Naturen utformar denna maskin på ett smart sätt för att katalysera två distinkta kemiska reaktioner i en enda aktiv plats utan att blandas. Även om normal RNA -syntes kräver specifika aminosyrarester av RNA -polymeras II, vi fann att avlägsnandet av den felaktiga nukleotiden inte är beroende av några aminosyrarester. Denna molekylära maskin koordinerar sömlöst dessa två funktioner på en aktiv plats, "sa professor Huang." Vår upptäckt ger värdefull insikt om hur transkription kan gå fel i åldrande och sjuka celler, och i vilken utsträckning transkriptionsfel kan leda till olika sjukdomar hos människor. "

"Vårt arbete är endast möjligt med de storskaliga högpresterande datorresurser som oftast tillhandahålls av Shaheen Supercomputer i samarbete med King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)", Professor Huang tillade. "Vår kvantmekanik och molekylära dynamikberäkningar förbrukade totalt 20 miljoner CPU -kärntimmar."

Resultaten publicerades nyligen i prestigefylld vetenskaplig tidskrift Naturkatalys .