La nueva técnica rompe un obstáculo tecnológico que limitó las imágenes de ARN durante 50 años
Los investigadores desarrollan herramientas para agudizar la vista 3D de las grandes moléculas de ARN
Los científicos de la Universidad de Maryland han desarrollado un método para determinar las estructuras de las grandes moléculas de ARN con alta resolución. El método supera un desafío que ha limitado el análisis tridimensional y la obtención de imágenes de ARN a sólo moléculas y trozos pequeños de ARN durante los últimos 50 años.
Los investigadores de la Universidad de Maryland desarrollaron un método para ampliar el alcance de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). En el ejemplo anterior, los investigadores pudieron crear una imagen tridimensional que revelaba el sitio en un trozo de ARN de la hepatitis en el que pequeñas moléculas como un fármaco podían unirse (se muestra en verde).
Kwaku Dayie/University of Maryland
El nuevo método, que amplía el alcance de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), permitirá a los investigadores comprender la forma y la estructura de las moléculas de ARN y aprender cómo interactúan con otras moléculas. Los conocimientos proporcionados por esta tecnología podrían conducir a tratamientos terapéuticos de ARN específicos para las enfermedades. El artículo de investigación sobre este trabajo fue publicado en la revista Science Advances el 7 de octubre de 2020.
"El campo de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear se ha estancado mirando cosas que son pequeñas, digamos 35 bloques de construcción de ARN o nucleótidos. Pero la mayoría de las cosas interesantes que son biológica y médicamente relevantes son mucho más grandes, 100 nucleótidos o más", dijo Kwaku Dayie, profesor de química y bioquímica en la UMD y autor principal del trabajo. "Así que, ser capaz de romper el atasco de troncos y ver las cosas que son grandes es muy emocionante. Nos permitirá echar un vistazo a estas moléculas y ver lo que está pasando de una manera que no hemos podido hacer antes."
En la espectroscopia de RMN, los científicos dirigen las ondas de radio a una molécula, excitando los átomos e "iluminando" la molécula. Midiendo los cambios en el campo magnético alrededor de los átomos excitados - la resonancia magnética nuclear - los científicos pueden reconstruir características como la forma, la estructura y el movimiento de la molécula. Los datos que esto produce pueden ser usados para generar imágenes, muy parecidas a las imágenes de resonancia magnética que se ven en la medicina.
Normalmente, las señales de RMN de los muchos átomos de una molécula biológica como el ARN se superponen entre sí, lo que hace que el análisis sea muy difícil. Sin embargo, en la década de 1970, los científicos aprendieron a diseñar bioquímicamente las moléculas de ARN para que funcionaran mejor con la RMN reemplazando los átomos de hidrógeno por átomos de flúor magnéticamente activos. En las moléculas relativamente pequeñas de ARN compuestas por 35 nucleótidos o menos, los átomos de flúor se iluminan fácilmente cuando son golpeados por las ondas de radio y permanecen excitados el tiempo suficiente para el análisis de alta resolución. Pero a medida que las moléculas de ARN aumentan de tamaño, los átomos de flúor se iluminan sólo brevemente, y luego pierden rápidamente su señal. Esto ha evitado el análisis tridimensional de alta resolución de las moléculas de ARN más grandes.
Trabajos anteriores de otros habían demostrado que el flúor seguía produciendo una fuerte señal cuando estaba junto a un átomo de carbono que contenía seis protones y siete neutrones (C-13). Así que Dayie y su equipo desarrollaron un método relativamente fácil para cambiar el C-12 que se produce naturalmente en el ARN (que tiene 6 protones y 6 neutrones) a C-13 e instalar un átomo de flúor (F-19) directamente junto a él.
Dayie y su equipo demostraron primero que su método podía producir datos e imágenes iguales a los métodos actuales aplicándolo a trozos de ARN del VIH que contenían 30 nucleótidos, que habían sido previamente fotografiados. Luego aplicaron su método a trozos de ARN de Hepatitis B que contenían 61 nucleótidos - casi el doble del tamaño de la espectroscopia de RMN posible para el ARN.
Su método permitió a los investigadores identificar sitios en el ARN de la hepatitis B donde pequeñas moléculas se unen e interactúan con el ARN. Eso podría ser útil para entender el efecto de potenciales drogas terapéuticas. El siguiente paso de los investigadores es analizar moléculas de ARN aún más grandes.
"Este trabajo nos permite expandir lo que puede ser enfocado", dijo Dayie. "Nuestros cálculos nos dicen que, en teoría, podemos ver cosas realmente grandes, como una parte del ribosoma, que es la máquina molecular que sintetiza las proteínas dentro de las células".
Entendiendo la forma y la estructura de una molécula, los científicos pueden entender mejor su función y cómo interactúa con su entorno. Además, esta tecnología permitirá a los científicos ver la estructura tridimensional a medida que cambia, porque las moléculas de ARN en particular cambian de forma con frecuencia. Este conocimiento es clave para el desarrollo de terapias que se centren de forma estrecha en las moléculas específicas de la enfermedad sin afectar a las funciones de las células sanas.
"La esperanza es que si los investigadores conocen los recovecos de una molécula que es disfuncional, entonces pueden diseñar drogas que llenen los recovecos para sacarla de servicio", dijo Dayie. "Y si podemos seguir estas moléculas a medida que cambian de forma y estructura, entonces su respuesta a las drogas potenciales será un poco más predecible, y el diseño de drogas que son efectivas puede ser más eficiente".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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