Vrijwel alle functies in ons lichaam vereisen nauwkeurige interacties tussen radicaal verschillende soorten moleculen. Het overgrote deel van de tijd, deze ontmoetingen leveren niets op, maar een enkeling houdt het leven in stand zoals wij dat kennen.

Drs. Faruck Morcos en Zachary Campbell van de Universiteit van Texas in Dallas streven naar wat een vruchtbare ontmoeting onderscheidt van een blindganger - een mysterie met een grote kans vergelijkbaar met het vinden van een zielsverwant tussen de metaforische miljoenen vissen in de zee. Hun uiteindelijke doel is het voorkomen van relaties die giftig worden en tot ziekte leiden.

Een nieuwe studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , toont de vooruitgang van de onderzoekers bij het begrijpen hoe moleculen die RNA worden genoemd, koppelen met beoogde eiwitpartners. De onderzoekers hopen dat ze uiteindelijk in staat zullen zijn om deze partnerschappen, die door miljoenen jaren evolutie zijn gevormd, te voorspellen en te manipuleren.

"We proberen te begrijpen hoe eiwitten opmerkelijke selectiviteit bereiken voor bepaalde RNA's, " zei Campbell, een assistent-professor bij de afdeling Biologische Wetenschappen van de School voor Natuurwetenschappen en Wiskunde. "Gebruikelijk, mensen hebben dit probleem van geval tot geval bekeken. Wij geloven dat, door miljoenen varianten van RNA in één keer te analyseren, we zullen helpen de fundamenten te onthullen van hoe RNA-bindende eiwitten herkennen wat ze zoeken."

Juiste verbindingen

RNA, wat staat voor ribonucleïnezuur, is een soort klein molecuul dat qua structuur lijkt op DNA, de genetische blauwdruk voor het bouwen en onderhouden van een levend organisme. Terwijl DNA zich in de kern van een cel bevindt, strengen RNA bewegen door de cel, met kopieën van DNA-instructies voor het maken van eiwitten.

Afhankelijk van hun structuur, sommige RNA's spelen een rol die verder gaat dan die van boodschapper. Ze kunnen binden aan eiwitten en reguleren hoe genen tot expressie worden gebracht of fungeren als katalysatoren voor verschillende biologische processen.

Gezonde resultaten van RNA-eiwitinteracties zijn afhankelijk van het correct verlopen van deze reacties - defecte interacties kunnen ontwikkelingsproblemen in het organisme opleveren, waarvan sommige dodelijk zijn. Toch worden deze ontmoetingen slecht begrepen, deels vanwege het enorme aantal potentiële interacties.

"Voor zelfs een kort stukje RNA, er zijn ongeveer net zoveel combinaties als er sterren zijn in onze melkweg, ' zei Campbell.

De stukken voorspellen

Morcos, ook een assistent-professor biologische wetenschappen, heeft krachtige statistische methoden ontwikkeld om de enorme hoeveelheden gegevens te verwerken die nodig zijn om een ​​model te bouwen dat de ruimte van een biljoen mogelijke RNA-structuren kwantificeert, en onthult welke betere kandidaten zijn voor functionele interacties.

Hij beschrijft deze methode als het verschaffen van "een groot aantal stukjes in een gigantische legpuzzel, " waardoor het team aangrenzende stukken kan voorspellen op basis van contextuele aanwijzingen.

"Als de experimenten niet de exacte RNA-structuur kunnen vastleggen die de evolutie heeft geselecteerd voor interacties, het informeert het model over hoe deze structuren kunnen worden afgeleid, "zei hij. "Niet alleen dat, we kunnen ook stukken voorspellen die nooit door evolutie zijn gebruikt, maar dat kan mogelijk leiden tot een functionele interactie."

Morcos benadrukte hoe technologische vooruitgang in big-data computing hun project heeft laten slagen.

"Dit is nieuw in die cutting-edge, experimentele mogelijkheden met hoge doorvoer en sequencing van de volgende generatie hebben ons in staat gesteld om sneller een overvloed aan mogelijkheden en parameters te verkennen, "zei hij. "Met behulp van slimme benaderingen, we kunnen in wezen een probleem oplossen dat rekenkundig onmogelijk was."

Morcos zei dat de kracht van hun project voortkomt uit wat hij en Campbell elk ter tafel brengen.

"De experimentele methoden van Dr. Campbell kunnen ons helpen een zeer grote ruimte van functionele interacties te bemonsteren, "zei hij. "Toch, dit is slechts een fractie van de volledige genetische cartografie. Maar als we dit combineren met de statistische modellen die in mijn lab zijn ontwikkeld, we kunnen de hiaten in deze steekproef opvullen, en echt een enorme ruimte aan mogelijkheden kwantificeren."

Campbell sprak over het brede scala aan mogelijke toepassingen van de gegevens die ze hebben verzameld.

"Hierdoor kunnen we schetsen welke partnerschappen het meest waarschijnlijk zullen ontstaan, leert ons hoe selectiviteit wordt bereikt, en hopelijk ons ​​in staat stellen om te verbeteren wat zich van nature heeft ontwikkeld, " hij zei.

Voor Campbell en Morcos, het doel is om nieuwe soorten farmacologische middelen te ontwerpen die ongewenste interacties die tot ziekte leiden, belemmeren of de gunstige nabootsen.

"Met een goed begrip van hoe herkenning tussen partners plaatsvindt, we kunnen veel leren over de menselijke fysiologie, evenals virale en bacteriële genomen en liaisons die kunnen worden verstoord om de menselijke gezondheid te verbeteren, ' zei Campbell.