De groep van Dr. Hana Cahová van het Instituut voor Organische Chemie en Biochemie van het CAS, in samenwerking met wetenschappers van het Instituut voor Microbiologie van het CAS, heeft een geheel nieuwe klasse van dinucleosidepolyfosfaat 5'RNA-caps in bacteriën ontdekt en de functie van alarmonen en hun werkingsmechanisme beschreven. De ontdekking is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Dinucleosidepolyfosfaten zijn kleine signaalmoleculen die in alle soorten organismen worden aangetroffen. Ze zijn al meer dan vijftig jaar bekend en worden vaak "alarmones, " naarmate hun concentratie in cellen toeneemt onder stressomstandigheden. Deze moleculen beïnvloeden verschillende cellulaire functies, maar het mechanisme van hun werking was nog onbekend. Hana Cahová en haar collega's merkten op dat de structuur van deze alarmones vergelijkbaar was met die van RNA en veronderstelden dat de alarmones in feite deel uitmaakten van het RNA in de vorm van zogenaamde caps. Inderdaad, met behulp van massaspectrometrie, ze ontdekten negen nieuwe typen van deze structuren als onderdeel van RNA.

"Als chemici, zagen we de opvallende overeenkomsten van deze alarmonen met de RNA-structuur, dus we konden iets ontdekken dat vijftig jaar lang voor biologen verborgen is gehouden, " zegt Hana Cahova, hoofd van de junior onderzoeksgroep bij IOCB Praag.

De onderzoekers ontdekten dat deze moleculen worden geaccepteerd door RNA-polymerasen en worden gebruikt als de eerste bouwstenen in de RNA-synthese. Bovendien, ze bepaalden dat met dinucleoside polyfosfaat gecapped RNA door twee soorten enzymen kan worden gesplitst en dus kan worden afgebroken. Sommige van de dinucleoside polyfosfaat RNA-caps waren gemethyleerd, en de onderzoekers hebben aangetoond dat deze methyleringen RNA beschermden tegen splitsing en verdere afbraak.

De hoeveelheid met dinucleoside polyfosfaat gecapte RNA's nam significant toe onder verhongeringsomstandigheden. Daarom, de auteurs stellen voor dat deze doppen RNA beschermen tegen afbraak onder verhongeringsomstandigheden wanneer de cellen niet genoeg bouwstenen hebben voor het maken van macromoleculen zoals RNA. In dergelijke situaties, de cel kan niet flexibel reageren op de eisen van de omgeving, maar het kan op zijn minst wat RNA vasthouden. Als de cel weer voldoende voeding heeft, het afgedekte RNA wordt afgebroken door een specifiek enzym, en de cel kan nieuw RNA bouwen om de huidige situatie weer te geven.

Dit is het eerste werk dat aantoont dat de 5'-eindstatus van RNA afhangt van omgeving en stress. Bovendien, de ontdekking van alarmonen in RNA kan het mechanisme van hun werking verklaren. Dit werk levert ook het eerste bewijs dat kleine signaalmoleculen - dinucleosidepolyfosfaten - als delen van het RNA werken.

De chemische biologiegroep van Dr. Hana Cahová past chemische methoden toe op biologische systemen om cellulaire processen beter te begrijpen. Het team is vooral geïnteresseerd in het vinden van nieuwe RNA-modificaties in virussen en bacteriën en in het begrijpen van hun rol.