జీవశాస్త్రం యొక్క అత్యంత ఖచ్చితమైన పరమాణు కత్తెర

DICER జీవశాస్త్రం యొక్క అత్యంత ముఖ్యమైన పరమాణు యంత్రాలలో ఒకటి—ఒక ఎంజైమ్ ఇది పూర్వవర్తీ microRNA లను వాటి క్రియాశీల రూపాలుగా అసాధారణ ఖచ్చితత్వంతో పరిశ్లేషిస్తుంది, ఖచ్చితమైన స్థానంలో కత్తిరించి పరిపక్వ miRNA లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇవి దాదాపు ప్రతిটి జీవసంబంధమైన ప్రక్రియలో జన్యు వ్యక్తీకరణను నియంత్రిస్తాయి। దశాబ్దాల పాటు, పరిశోధకులు DICER ఏమి చేస్తుందో తెలుసు కానీ ఇది ఎకపక్ష-న్యూక్లియోటైడ్ ఖచ్చితత్వాన్ని ఖచ్చితంగా ఎలా సాధిస్తుందో తెలియదు. హాంగ్‌కాంగ్ సైన్సు ఎండ్ టెక్నాలజీ విశ్వవిద్యాలయం నుండి ఒక కొత్త అధ్యయనం ఆ యంత్రాన్ని క్రయో-ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ఉపయోగించి ఇతివృత్త సంరचనात్మక వివరాలలో పరిష్కరించింది.

MicroRNA ఖచ్చితత్వం ఎంత ముఖ్యమైనది

MicroRNA లు చిన్న RNA అణువులు—సాధారణంగా 21 నుండి 23 న్యూక్లియోటైడ్‌ల పొడవు—ఇవి messenger RNA లకు బంధిస్తాయి మరియు వాటి ప్రోటీన్ అనువాదాన్ని అణచివేస్తాయి. ఈ పోస్ట్-ట్రాన్‌స్క్రిప్షన్‌ల నియంత్రణ దాదాపు ప్రతిটి సెల్యులార్ ప్రక్రియను స్పర్శ చేస్తుంది: అభివృద్ధి, రోగనిరోధక కార్యకలాపాలు, కణ విభజన, apoptosis, మరియు ఒత్తిడి ప్రతిక్రియ. సమालోచనాత్మకంగా, ఒక పరిపక్వ microRNA యొక్క పనితీరు దాని సరిగ్గా ఉన్న శ్రేణి మరియు పొడవుపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సరిగ్గా ఉన్న స్థానం నుండి ఒక న్యూక్లియోటైడ్‌ను కత్తిరించినట్లయితే విభిన్న seed శ్రేణిని కలిగిన microRNA ఏర్పడుతుంది—7-8 న్యూక్లియోటైడ్‌ల ప్రాంతం ఇది miRNA ఏ messenger RNA లను లక్ష్యంగా చేస్తుందో నిర్ణయిస్తుంది. ఖచ్చితమైన కట కేవలం కొద్దిగా తక్కువ క్రియాశీల miRNA ను ఉత్పత్తి చేయదు; ఇది పూర్తిగా విభిన్న లేదా విరుద్ధ లక్ష్యాలను కలిగిన ఒకటిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. DICER యొక్క ఎకపక్ష-న్యూక్లియోటైడ్ ఖచ్చితత్వం, కాబట్టి, ఒక కార్యకరమైన ఆవశ్యకత, బయోకెమికల్ ఆలోచన కాదు.

క్రయో-EM సంరచన ఆవిష్కరణ

HKUST బృందం DICER ను pre-microRNA సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ప్రక్రియ చేసేటప్పుడు సమీప-పరమాణు రిజల్యూషన్‌లో క్యాప్చర్ చేసింది. ఇది DICER యొక్క డొమైన్‌లు RNA సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఎలా ఉంచుతాయి మరియు ఉత్ప్రేరక అవశేషాలు కట్ చేయవలసిన స్థానానికి సంబంధించి ఎలా అమర్చబడ్డాయో చూడటానికి వీలు సలహాయించింది. ప్రధాన ఆవిష్కరణ ఒక రెండు-దశ పంథా: pre-miRNA యొక్క loop ప్రాంతం landing pad డొమైన్‌లో ప్రారంభ డాకింగ్, తరువాత DICER యొక్క PAZ డొమైన్ ద్వారా ఖచ్చితమైన దూర కొలత.

PAZ డొమైన్ ఒక పరమాణు పాలకుడిలా పనిచేస్తుంది, pre-miRNA యొక్క 3-prime చివరను ఉత్ప్రేరక కేంద్రం నుండి ఒక నిర్ణీత దూరంలో ఉంచుతుంది. ఈ పాలకుడు యంత్రం ఎక్కడ కత్తిరించడం జరుగుతుందో భౌతికంగా నిర్బంధిస్తుంది, ఎకపక్ష-న్యూక్లియోటైడ్ ఖచ్చితత్వాన్ని సాధిస్తుంది ఒక నిర్దిష్ట న్యూక్లియోటైడ్ శ్రేణిని గుర్తించడం ద్వారా కాకుండా RNA లో సంరచన ల్యాండ్‌మార్క్‌ నుండి దూరాన్ని కొలవడం ద్వారా. ఈ విధానం యొక్క నిష్పత్తి ఆ నిర్దిష్ట శ్రేణిపై లేని చోటు కూడా నిలిచిపోవడమే—DICER మానవ జన్యు జాలకలో వందలు విభిన్న pre-miRNA సబ్‌స్ట్రేట్‌లను నిరంతర ఖచ్చితత్వంతో ప్రక్రియ చేయగలదు ఎందుకంటే ఇది చేమిస్ట్రీ కాదు జ్యామితిని కొలుస్తుంది.

సంరచన నమ్యత సబ్‌స్ట్రేట్ సంభవ విభిన్నత వివరిస్తుంది

సంరచనలు సాధారణంగా DICER చాలా విభిన్న loop పరిమాణాలు మరియు ఆకారాలను కలిగిన pre-miRNA సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఎలా ప్రక్రియ చేయగలదో చూపుతాయి. ఎంజైమ్ యొక్క ఒక నమ్యమైన ప్రాంతం loop సంరచనలో వైవిధ్యాన్ని సమ్మతం చేయడానికి సర్దుబాటు చేస్తుంది, సంరక్షించిన loop-adjacent ప్రాంతాలకు సంపర్కాలు ఖచ్చితమైన కట్ చేయడానికి అవసరమైన జ్యామిતీయ నిర్బంధాలను కలిగి ఉంటాయి. ఈ సంరచన సంగతి DICER జీవశాస్త్రం యొక్క ఒక గందరగోళ సంపత్తిని వివరిస్తుంది—సంరచనాత్మకంగా విభిన్న సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఏకరూప కట్ చేయవలసిన ఖచ్చితత్వంతో ప్రక్రియ చేయవల్సిన సామర్థ్యం.

RNA చికిత్సలకు చిక్కులు

చిక్కు గణనీయమైనవి. RNA జోక్ చిక్కిత్సలు—వ్యాధి-కారణ జన్యువులను నిశ్శబ్దం చేయడానికి miRNA మార్గాన్ని ఉపయోగించే డ్రగ్‌లు—వాటి కార్యకలాపం DICER ప్రక్రియపై ఆధారపడి ఉంటుంది. DICER ఖచ్చితత్వాన్ని ఖచ్చితంగా ఎలా సాధిస్తుందో సమझడం చిక్కిత్సీయ RNA సబ్‌స్ట్రేట్‌లను డిజైన్ చేయడానికి అనుమతి ఇవ్వగలదు, ఇవి మరింత సమర్థవంతంగా మరియు మరింత నిర్దిష్టత కలిగి ఉంటాయి, చిక్కిత్స కటి ఫలితం దానికి సంబంధించిన ఆధారాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.

కూడా కార్యక్రమ-నష్ట కోణం కూడా ఉంది. DICER ఆవర్తనాలు లేదా తక్కువ DICER కార్యకలాపాలు అనేక క్యాన్సర్‌లు మరియు అభివృద్ధిమూల వ్యాధుల్లో అంతర్వార్తలు ఉన్నాయి. ఇప్పుడు లభ్యమైన సంరచన వివరాలు చిన్న అణువులను డిజైన్ చేయడానికి మార్గదర్శనం ఇవ్వగలదు, ఇది పేషీలలో DICER కార్యకలాపాన్ని పునరుద్ధరిస్తుంది, ఇక్కడ ఇది రుణం ఉంది—చిక్కిత్స నిర్దేశం సూచించబడింది కానీ ఈ లక్ష్యంపై తర్కసంగత డ్రగ్ డిజైన్ కోసం సంరచన పరిధిని కాదు. సబ్‌స్ట్రేట్‌కు బంధించిన DICER యొక్క పరమాణు-నిమిషం సంరచనలతో, తర్కసంగత డ్రగ్ డిజైన్ ఈ లక్ష్యానికి సక్రియమైనదిగా ఉంటుంది.

RNA ప్రక్రియ యొక్క విస్తృత సూత్రం

DICER RNase III కుటుంబానికి చెందిన ఒక ఎంజైమ్, అది జీవనం యొక్క దాదాపు అన్ని రూపాలలో రెండు-స్ట్రాండ్ RNA ని ప్రక్రియ చేస్తుంది. ఈ అధ్యయనం ద్వారా వెల్లడిచేసిన సంరచన సూత్రాలు—శ్రేణి గుర్తింపు కాకుండా సంరచన ల్యాండ్‌మార్క్ నుండి దూరాన్ని ఉపయోగించి ఖచ్చితత్వాన్ని సాధించడం—RNA ప్రక్రియ, రైబోసోమ్ జీవజాలం, మరియు antimicrobial రక్షణలో అంతర్వార్తలు ఉన్న ఇతర RNase III కుటుంబ సభ్యులకు వర్తించవచ్చు. సింథటిక్ జీవశాస్త్రంపై పనిచేస్తున్న పరిశోధకుల కోసం, DICER యొక్క యంత్రాన్ని సమజ్ఞానం చేయడం సవరించిన సబ్‌స్ట్రేట్‌ల ఆకర్షణకూడా తెరుస్తుంది పరిరూపణ చేసిన ప్రక్రియ నమూనాలతో, పరిశోధన మరియు చిక్కిత్స అనువర్తనాల కోసం నియంత్రించదగిన జన్యు వ్యక్తీకరణ వ్యవస్థల కొత్త తరగతుల్ని సక్షమ చేస్తుంది.

ఈ కథ Phys.org యొక్క నివేదనపై ఆధారపడుతుంది. అసలు కథను చదవండి।