De boodschap van het leven is gecodeerd in ons genomische DNA door transcriptie van boodschapper-RNA's en translatie van eiwitten om cellulaire functies uit te voeren. Om nauwkeurige transcriptie te garanderen - een proces dat genomisch DNA transcribeert in boodschapper-RNA door nucleotiden één voor één toe te voegen, zoals letters in het alfabet, een enzym genaamd RNA-polymerase II synthetiseert en proeft boodschapper-RNA om eventuele verkeerd opgenomen nucleotiden te verwijderen die niet overeenkomen met de DNA-template.

Hoewel bekend was dat RNA-polymerase II van cruciaal belang was bij het verzekeren van de nauwkeurigheid van transcriptie, het was al lang een raadsel hoe dit enzym deze moeilijke taak volbrengt. Het bepalen van de onderliggende mechanismen zou inzicht kunnen bieden in fouten die zijn gemaakt tijdens dit anders zeer nauwkeurige transcriptieproces, die tot verschillende ziekten bij de mens kunnen leiden.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Huang Xuhui, Padma Harilela Universitair hoofddocent Wetenschap bij de afdeling Scheikunde en de afdeling Chemische en Biologische Technologie aan de HKUST rapporteert nu het mechanisme voor RNA-polymerase II om fouten in de RNA-synthese te corrigeren. Wanneer per ongeluk een nucleotide wordt toegevoegd, RNA-polymerase II kan terugspoelen door achteruit te gaan (backtracking genoemd) en dit verkeerd opgenomen nucleotide te splitsen. Het onderzoeksteam ontdekte dat hoewel specifieke aminozuurresiduen van RNA-polymerase II cruciaal zijn voor backtracking, splitsing van het verkeerd opgenomen nucleotide vereist alleen het RNA zelf (d.w.z. fosfaatzuurstof van het verkeerd opgenomen nucleotide).

"RNA-polymerase II is als een moleculaire machine in de cel. De natuur ontwerpt deze machine slim om twee verschillende chemische reacties op een enkele actieve plaats te katalyseren zonder verwisseld te worden. Terwijl normale RNA-synthese specifieke aminozuurresiduen van RNA-polymerase II vereist, we ontdekten dat de verwijdering van het niet-overeenkomende nucleotide niet afhankelijk is van aminozuurresiduen. Deze moleculaire machine coördineert deze twee functies naadloos in één actieve site, " zei Prof. Huang. "Onze ontdekking biedt waardevolle inzichten in hoe transcriptie mis kan gaan bij verouderende en zieke cellen, en in hoeverre transcriptiefouten kunnen leiden tot verschillende menselijke ziekten."

"Ons werk is alleen mogelijk met de grootschalige krachtige computerbronnen die meestal worden geleverd door de Shaheen Supercomputer in samenwerking met King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)", Prof. Huang voegde toe. "Onze berekeningen voor kwantummechanica en moleculaire dynamica hebben in totaal 20 miljoen CPU-kernuren verbruikt."

De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Natuur Katalyse .