Aminoryhmät RNA:n fosfodiesterisidoksen läheisyydessä nopeuttavat sidoksen katkeamista huomattavasti (Väitös MSc Luigi Lain, 29.1.2016, kemia)

​Turun yliopiston tiedote 22.1.2016

Turun yliopistossa professori Harri Lönnbergin tutkimusryhmä on vuosikymmeniä tutkinut RNA:n fosfodiesterisidosten katkeamista. Reaktion mekanismi on pääpiirteissään selvitetty, mutta jotkin yksityiskohdat ovat edelleen tuntemattomia. RNA:n fosfodiesterisidos voi katketa myös spontaanisti, ilman entsyymikatalyysiä, mutta tällöin reaktio on hyvin hidas.  Entsyymit saavat rektion tapahtumaan elävissä soluissa sekunnin murto-osassa. Lainin väitöstutkimuksen tavoitteena oli näiden entsyymien toiminnan syvällisempi ymmärtäminen.

RNA on maallikolle vähemmän tunnettu kuin DNA, mutta elämän kemian kannalta tärkeämpi. DNA toimii geneettisen informaation varastona kun taas RNA kääntää tämän informaation ohjeiksi solulle. DNA on kuin sanakirja, joka sisältää kaiken solun tarvitseman tiedon, mutta RNA päättää, mitä sivua luetaan ja mitä ohjeita noudatetaan.

– Reaktion mekanismin ymmärtäminen on välttämätöntä haluttaessa vaikuttaa reaktion kulkuun. Tämä ei ole helppo tehtävä – ei ole olemassa mikroskooppia, jolla voitaisiin seurata atomien liikkeitä yhden molekyylin muuttuessa toiseksi. On turvauduttava epäsuoriin vihjeisiin, kuten siihen, miten reaktion nopeus ja tuotejakauma muuttuvat muiden kemikaalien vaikutuksesta, Lain sanoo.

Viimeisen viiden vuoden aikana ryhmä on tutkinut aminoryhmän vaikutusta RNA:n fosfodiesterisidosten reaktioissa.

– Aminoryhmä on kiinnostava, koska sellainen on useiden RNA:ta pilkkovien entsyymien katalyyttisessa keskuksessa. Havaitsimme, että aminoryhmän vaikutusta on vaikea ennustaa, koska se riippuu voimakkaasti aminoryhmän sijainnista suhteessa fosfodiesterisidokseen. Moni kysymys on vielä avoin, mutta meillä on nyt paljon parempi ymmärrys siitä, miten aminoryhmä voi vuorovaikuttaa RNA:n fosfodiesterisidoksen kanssa ja nopeuttaa sen katkeamista, Lain sanoo.

Kaikissa tutkituissa systeemeissä havaittiin aminoryhmän aiheuttama pilkkoutumisen nopeutuminen, joskin reaktiot olivat silti paljon hitaampia kuin entsyymien katalysoimat.

– Tutkimuksen välittömänä tavoitteena ei ollut mahdollisimman tehokkaiden katalyyttien kehittäminen vaan katalyysimekanismin syvällisempi ymmärtäminen. Lopullisena tavoitteena on nyt hankittua tietoa hyväksi käyttäen suunnitella keinotekoisia entsyymejä, jotka pilkkovat nukleiinihappoja halutusta kohtaa. Nykyisin käytetyissä menetelmissä hyödynnetään luonnollisia entsyymejä, jolloin pilkkoutumiskohtaa ei voida vapaasti valita. Luonnollisten entsyymien lyhyt biologinen puoliintumisaika voi myös muodostua ongelmaksi. Keinotekoinen entsyymi, joka ei kärsisi näistä rajoitteista, voisi olla arvokas työkalu viraalisen tai onkogeenisen eli kasvaimia aiheuttavan RNA:n selektiivisessä tuhoamisessa, Lain sanoo.

Viraalisella RNA:lla Lain viittaa sekä RNA-virusten tapauksessa viruksen genomia tai lähetti-RNA:han joka ohjaa virukselle tärkeiden proteiinien tuotantoa.

***

MSc Luigi Lain esittää väitöskirjansa The role of amine phosphate interactions in the cleavage and isomerization of RNA phosphodiester linkages julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 29.1.2016 klo 12.00 (Turun yliopisto, Arcanum, Arc1, Arcanuminkuja 4, Turku). Vastaväittäjänä toimii professori Michael Göbel (Goethe University, Frankfurt) ja kustoksensa professori Harri Lönnberg. Tilaisuus on englanninkielinen.

MSc Luigi Lain on syntynyt vuonna 1986 Italiassa ja suorittanut toisen asteen tutkintonsa 2005 Vicenzassa Italiassa. Korkeakoulututkintonsa Lain suoritti 2008 Padovan yliopistossa. Väitöksen alana on kemia.

**

Kaikki Turun yliopiston tiedotteet: www.utu.fi/tiedotteet