ARTEMIS: nowe narzędzie w badaniach nad RNA

Laboratorium Bioinformatyki i Inżynierii Białka w Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie wprowadziło rewolucyjne narzędzie obliczeniowe – ARTEMIS. Dzięki tej metodzie możliwe jest precyzyjne analizowanie i porównywanie trójwymiarowych struktur RNA. Otwiera to nowe perspektywy dla biologów i bioinformatyków zajmujących się funkcjami i organizacją przestrzenną RNA.

RNA to kluczowa cząsteczka w procesach biologicznych, której znaczenie wykracza daleko poza funkcję nośnika informacji genetycznej.

– Gdy określimy nową strukturę trójwymiarową danego RNA, być może o nieznanej funkcji, przypisanie mu motywów może pomóc nam zrozumieć jego organizację. Często może to sugerować możliwe funkcje – tłumaczy dr Eugene F. Baulin z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie.

Nowatorskie podejście ARTEMIS pozwala na porównywanie kształtów RNA bez względu na różnice w sekwencji nukleotydowej. To wyjątkowo cenne w badaniach nad funkcją i ewolucją tych struktur.

Od koncepcji ARTEM do przełomu w ARTEMIS

Inspiracja do stworzenia ARTEMIS pojawiła się podczas spaceru dr. Baulina z córką w warszawskim Parku Szczęśliwickim. W rozmowie z zespołem badawczym wspomina: – To prawda – to się stało w Parku Szczęśliwickim w Warszawie, gdy spacerowałem z moją roczną córką. Do tamtej chwili zdarzało mi się myśleć o tym problemie badawczym od czasu do czasu przez prawie dwa lata. Tak powstał początkowy algorytm ARTEM, który posłużył jako fundament do opracowania zaawansowanej wersji – ARTEMIS. W nowej wersji narzędzia zespół wprowadził mechanizm przyrównania sekwencyjnego, czyli dokładnego ustalenia, które nukleotydy z jednej struktury RNA odpowiadają nukleotydom z drugiej.

Sekrety RNA pod mikroskopem ARTEMIS

ARTEMIS został zaprojektowany z myślą o analizie trójwymiarowych kształtów RNA, nawet w przypadkach dużych różnic sekwencji nukleotydowej.

– Gdy zidentyfikujemy nową strukturę RNA, przypisanie jej motywów strukturalnych pozwala nam na stawianie hipotez dotyczących jej możliwych funkcji. Na przykład jeśli nowo odkryty RNA zawiera motyw, który w innych strukturach wiąże się z określoną cząsteczką, możemy spekulować, że ten RNA może wiązać tę samą lub podobną cząsteczkę – wyjaśnia dr Eugene F. Baulin.

Przyszłość badań nad RNA

ARTEMIS jest niezwykle przydatnym narzędziem zarówno dla bioinformatyków, jak i biologów strukturalnych. Może przyczynić się do rozwoju nowych funkcjonalnych cząsteczek RNA oraz molekuł oddziałujących z RNA, z potencjalnym zastosowaniem w biotechnologii i medycynie. Dr Baulin zaznacza: – Najbardziej ekscytuje mnie, jak jedno proste założenie dotyczące struktury RNA doprowadziło do opracowania potężnych narzędzi, które pozwalają nam dokonywać nowych odkryć. Pokazuje to, że znajomość danych może prowadzić do prostego rozwiązania, które przewyższa bardziej skomplikowane podejścia.

ARTEMIS staje się zatem kolejnym ważnym krokiem na drodze do przewidywania struktury RNA, przybliżając nas do rozwiązań podobnych do tych, które oferuje AlphaFold w przypadku białek.

– Przewidywanie struktury RNA stało się teraz kolejnym świętym Graalem biologii obliczeniowej, a każde nowe narzędzie, takie jak ARTEMIS, przybliża nas nieco do tego rozwiązania – podsumowuje dr Baulin.

Publikacja naukowa

Pełen opis algorytmu ARTEMIS oraz wyników badań dostępny jest w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Nucleic Acids Research”.

Źródło: Polska Akademia Nauk

Czytaj także: Zrozumieć białka i wykorzystać tę wiedzę. O znaczeniu Nobla z chemii