smStructure-seq captura información de estructura secundaria de ARN de diferentes isoformas de transcripción. un , Esquema del diseño smStructure-seq para el sondeo de la estructura secundaria del ARN de cada COOLAIR isoforma. La Arabidopsis las plántulas se trataron con NAI ((+)SHAPE) o DMSO ((-)SHAPE). Se extrajo el ARN total y se agregaron los adaptadores híbridos de ARN-ADN (símbolo de escalera) a la reacción de transcripción inversa (RT) utilizando la enzima TGIRT-III. Los dsDNA se generaron agregando cebadores específicos para todos los COOLAIR isoformas. Luego, los adaptadores con mancuernas se ligaron a los dsDNA resultantes para generar bibliotecas PacBio. Las sublecturas sin procesar se convirtieron en lecturas HiFi de alta precisión (o secuencias circulares de consenso) 14 para generar los perfiles de tasa de mutación. b , Las reactividades de SHAPE normalizadas derivadas de los perfiles de tasa de mutación se trazaron para diferentes clases I (en condiciones de cultivo en frío) y II (en condiciones de cultivo en clima templado) COOLAIR isoformas de transcripción. La reactividad de SHAPE normalizada se calcula a partir de n combinados =2 réplicas biológicas. Estos valores de reactividad están codificados por colores y se muestran en el y eje. Crédito:Naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41586-022-05135-9
El impacto de las condiciones ambientales en las estructuras dinámicas de los ARN en las células vivas ha sido revelado por una tecnología innovadora desarrollada por investigadores del Centro John Innes.
La investigación, resultado de una colaboración entre los grupos de la profesora Dame Caroline Dean FRS y la Dra. Yiliang Ding, aumenta nuestra comprensión de lo que sucede a nivel celular en respuesta a las señales ambientales. Esto plantea la posibilidad de que podamos usar este conocimiento para ajustar cultivos o desarrollar terapias basadas en ARN para enfermedades como COVID-19 (SARS-COV-2).
Investigaciones anteriores de estos grupos mostraron que dos elementos genéticos importantes, COOLAIR y FLC, interactúan para regular las respuestas moleculares de las plantas al calor y al frío. Pero no estaba claro cómo la estructura de ARN de COOLAIR contribuye a la regulación de FLC, un freno genético en la floración de las plantas.
Los investigadores del grupo Ding desarrollaron una nueva tecnología que es capaz de perfilar la estructura del ARN con la resolución de una sola molécula en células vivas.
El uso de esta técnica les permitió observar cambios estructurales en el ARN. En condiciones cálidas, COOLAIR RNA adopta tres estructuras predominantes y estas formas y proporciones cambiaron después de que las plantas se expusieron a temperaturas frías.
Notaron que los cambios en las conformaciones de ARN en una región hipervariable de COOLAIR cambiaron la expresión de FLC. Al introducir mutaciones en la secuencia de esta región de ARN, los investigadores pudieron alterar el tiempo de floración de las plantas.
El Dr. Ding dice que su "trabajo ha demostrado que los ARN pueden adoptar diferentes conformaciones o estructuras. Estas diversas conformaciones cambian dinámicamente en respuesta a las condiciones externas. En este estudio, al ajustar la estructura del ARN, alteramos el tiempo de floración de la planta".
La comprensión de cómo la estructura del ARN afecta la función del ARN y la capacidad de diseñar genomas de plantas a nivel celular de ARN aumenta la posibilidad de diseñar tipos de cultivos con características agronómicas y nutricionales más deseables.
El grupo dice que la tecnología también se puede aplicar a células humanas donde las estructuras de ARN podrían servir como guía para diseñar terapias basadas en ARN.
El primer autor, el Dr. Pan Zhu, dice que "es probable que cada ARN tenga sus propios paisajes de estructura de ARN y diversidades conformacionales. Nuestra tecnología nos permitirá explorar la importancia funcional generalizada de las estructuras de ARN en los ARN de interés como el SARS-COV-2 ."
El grupo buscará ahora compartir su nueva tecnología con colaboradores industriales o académicos basados en ARN.
Durante el proceso de expresión génica, el ADN se transcribe en ARN, que luego se utiliza para producir proteínas. A menudo se hace referencia al ARN como la "molécula flaca" porque es monocatenario, pero trabajos recientes han destacado su diversidad estructural y cómo estas estructuras afectan la regulación génica y la síntesis de proteínas.
En las plantas, la FLC actúa como un freno a la floración, una parte clave de un mecanismo molecular que asegura que la planta solo florezca cuando haya alcanzado el nivel requerido de exposición al frío. COOLAIR es antisentido para FLC, se une a él y evita que se transcriba después de la exposición al frío. El conocimiento de estos mecanismos será clave para entender las consecuencias del cambio climático.
La investigación aparece en Nature .
