Nové molekuly pro řízení genové exprese pomohl najít synchrotronový parsek

Nová výzkumná práce Evropské laboratoře molekulární biologie publikovaná v Nature Communications klade základy pro vývoj nových léků specifických pro genetické mutace nebo změny odpovědné za nástup nádorů nebo genetických onemocnění.

Správné fungování buněk do značné míry závisí na schopnosti jemně kontrolovat genovou expresi, složitý proces, při kterém se informace obsažené v DNA zkopírují do RNA, aby nakonec vznikly všechny proteiny a většina regulačních molekul v buňce. Pokud si lze DNA představit jako obsáhlou technickou příručku, genová exprese je metoda, kterou z ní buňka získává užitečné informace.

Výzkumný dokument publikovaný v Nature Communications koordinoval Marco De Vivo, hlavní řešitel laboratoře molekulárního modelování a objevování léčiv a zástupce ředitele pro výpočty na IIT v Janově, a Marco Marcia, Vedoucí skupiny v EMBL Grenoble. Výsledky byly dosaženy díky Partnerství pro strukturální biologii, což je spolupráce několika významných laboratoří a ústavů - kromě EMBL také Evropského synchrotronu (European Synchrotron Radiation Facility ESRF), francouzského Institutu Laue Langevin (ILL), Institutu strukturální biologie (IBS), podporovaného Francouzskou komisí pro alternativní a atomovou energii (CEA), Francouzským národním centrem pro vědecký výzkum (CNRS) a Univerzitou v Grenoblu. Studium fyzikálně-chemických interakcí zkoumaných molekul umožnil paprsek synchrotronu v zařízení MASSIF-1, které dodalo rentgenové fotografie procesu v kombinaci s odbornými znalostmi v oblasti výpočetní simulace z IIT.

Jak modulovat genovou expresi

Vědci z Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) v Janově a Evropské laboratoře molekulární biologie (EMBL) v Grenoblu odhalili, jak lze tento proces modulovat pomocí malých molekul. Studie pokládá základ pro budoucí identifikaci potenciálních léků, které působí přímo na genetické mutace nebo modifikace, které mění proces genové exprese. Budoucí léky se budou moci zaměřit na nástup nádorů nebo genetických onemocnění.

Studie se zaměřila na sestřih – jednu z klíčových úrovní kontroly v procesu genové exprese. Sestřih, jak název napovídá, je proces, při kterém molekulární stroje v buňce „řežou a vkládají“ specifické sekvence RNA, aby vytvořily funkční verze. Tyto ‚zralé‘ verze RNA pak v buňce plní různé funkce, včetně působení jako soubor instrukcí k produkci proteinů, nebo přímo jako regulátory různých buněčných procesů. „Studium procesu sestřihu RNA je velmi složité kvůli chemickým reakcím a zúčastněným molekulárním aktérům, jako je RNA, proteiny, ionty a molekuly vody. Moderní techniky molekulární simulace nás přivedly k podrobnému pochopení toho, co se děje a jak zasáhnout při modulaci sestřihu. Naše studie nám již umožnila syntetizovat nové molekuly schopné modulovat sestřih novým, specifickým a vysoce účinným způsobem”, komentoval Marco De Vivo.

Patentováno

Výzkumníci IIT a EMBL s podporou patentového úřadu IIT nedávno také přihlásili patent, který popisuje nové chemické sloučeniny působící jako modulátory sestřihu. V budoucnu může být dalším zlepšováním těchto sloučenin možné regulovat produkci specifických proteinů spojených s defektními nebo mutovanými geny. „Vizualizace modulace sestřihu na téměř atomové úrovni pomocí fotografií získaných díky synchrotronu bere dech. Umožňuje nám ovládat jednu z nejzásadnějších reakcí v živých organismech. V budoucnu upevníme úspěšnou integraci našich biologických experimentálních studií s chemickými a výpočetními studiemi našich spolupracovníků, abychom dosáhli ambiciózního cíle: vyvinout nové léky, jako jsou antibakteriální látky a protinádorová činidla“, řekl Marco Marcia.

Výzkum je také součástí stěžejní iniciativy IIT RNA věnované vývoji a aplikaci nových technologií založených na RNA.

Více informací: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48697-0

DOI: 10.1038/s41467-024-48697-0

EMBL 

Evropská laboratoř molekulární biologie je mezivládní organizace s 29 členskými státy, jedním přidruženým členem a jedním potenciálním členem. Na šesti pracovištích v Barceloně, Grenoblu, Hamburku, Heidelbergu, Hinxtonu u Cambridge a Římě se vědci snaží lépe porozumět životu v jeho přirozeném kontextu, od molekul po ekosystémy. Poskytují vedení a koordinaci pro vědy o živé přírodě v celé Evropě a  základní výzkum světové úrovně hledá kolaborativní a interdisciplinární řešení pro některé z největších výzev současné společnosti. EMBL poskytuje školení pro studenty a vědce, řídí vývoj nových technologií a metod v biologických vědách. Nabízí také nejmodernější výzkumnou infrastrukturu pro širokou škálu experimentálních a datových služeb.

Zdroj: Tisková zpráva EMBL