EL ARN: Un nuevo método para descubrir su estructura de alta resolución
Una nueva investigación combina datos experimentales y simulaciones de dinámica molecular para estudiar las biomoléculas en su entorno natural
La estructura de una biomolécula puede revelar mucho sobre su funcionamiento e interacción con el entorno. La estructura doblemente helicoidal del ADN y sus implicaciones en los procesos de transmisión de la información genética constituyen un ejemplo evidente. En un nuevo estudio de SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, publicado en Nucleic Acids Research, se combinaron datos experimentales con simulaciones informáticas de dinámica molecular para examinar la conformación de un fragmento de ARN implicado en la síntesis de proteínas y su dependencia de las sales presentes en la solución. La investigación ha dado lugar a un nuevo método para la definición de alta resolución de las estructuras de las biomoléculas en sus entornos fisiológicos.
Estructuras extendidas y compactas de una molécula de ARN en diferentes soluciones
M. Bernetti and G. Bussi
"La cristalografía de rayos X, tal y como se utilizó para descubrir la conformación de doble hélice del ADN, sigue siendo una de las técnicas más comunes para estudiar las estructuras de las biomoléculas", explica el físico de SISSA Giovanni Bussi. "Esta técnica permite reconstruir la imagen de la molécula en estado sólido cristalino. Sin embargo, esto arroja una visión estática de la estructura que puede no corresponder a la que se supone en el entorno natural acuoso en el que se encuentran normalmente las biomoléculas".
Por ello, los investigadores comenzaron a utilizar la técnica de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en la última década para estudiar las moléculas de ARN, que pueden tener estructuras muy dinámicas. Este método puede utilizarse directamente en soluciones acuosas que reproducen el entorno fisiológico. Además, la composición de las soluciones puede modificarse para estudiar cómo se adaptan las moléculas a diferentes condiciones. Sin embargo, desgraciadamente, el SAXS tiene una resolución limitada, del orden de un nanómetro. Por ello, Giovanni Bussi y Mattia Bernetti, investigador de SISSA, decidieron mejorar el SAXS mediante un "microscopio computacional", combinándolo con simulaciones de dinámica molecular que permiten reconstruir por ordenador las estructuras moleculares a nivel atómico.
"Estudiamos un fragmento de ARN ribosómico implicado en la síntesis de proteínas", explican los investigadores. "Utilizamos los datos de SAXS, derivados de soluciones acuosas que contienen diferentes mezclas de sales, que nos proporcionó Kathleen B. Hall, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en San Luis, y los combinamos con simulaciones de dinámica molecular. De este modo, descubrimos la existencia de dos conformaciones distintas: una más compacta y funcional para el proceso de síntesis de proteínas, y otra más extendida, que confirma la naturaleza dinámica del ARN. En particular, observamos cómo la prevalencia de una estructura sobre la otra varía con las sales disueltas en la solución, lo que subraya aún más la importancia de estudiar estas moléculas en un entorno lo más parecido posible al de la célula".
Bernetti y Bussi concluyen que los resultados del estudio, publicado en Nucleic Acids Research, tienen importancia más allá del caso concreto e indican un método innovador que ofrece dos ventajas: "En este trabajo, combinamos simulaciones de dinámica molecular y datos experimentales de SAXS para obtener estructuras de alta resolución de biomoléculas de ARN. Se trata de un enfoque útil en dos sentidos: por un lado, permite añadir detalles a los datos experimentales de SAXS, que de hecho dan una visión muy aproximada; por otro, permite corregir los resultados de la dinámica molecular si los modelos utilizados en las simulaciones no son lo suficientemente precisos."
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