Кріо-ЕМ виявила десятки структурних станів РНК-ферменту
Кріо-ЕМ дозволила описати 76 структурних станів РНК-компонента рибонуклеази P та вплив білка rnpA на її рухливість.
Дослідники застосували орієнтовану на структурну неоднорідність кріоелектронну мікроскопію, щоб із близькою до атомної роздільною здатністю описати рухливі стани РНК-компонента бактеріальної рибонуклеази P Geobacillus stearothermophilus. Як повідомляє Nature, підхід дав змогу отримати 55 структурних об’ємів РНК без білка rnpA та ще 21 — у комплексі з ним.
Рибонуклеаза P бере участь у дозріванні транспортної РНК — процесі, необхідному для всіх форм життя. Її РНК-компонент складається з 417 нуклеотидів і має каталітичний та специфічний домени. За фізіологічних концентрацій магнію понад 80% його залишків зберігають гнучкість, що раніше ускладнювало детальний аналіз механізмів роботи цього РНК-ферменту.
Відкриті й закриті стани
Усі 76 реконструйованих структур науковці поділили на два головні класи: відкриті та закриті. Вони відрізнялися наявністю або відсутністю взаємодії між двома ділянками специфічного домену — P10.1 і P12. Середня глобальна роздільна здатність об’ємів становила близько 3 ангстремів, а для жорсткішого ядра сягала в середньому менш як 2,6 ангстрема.
Найбільш рухомими виявилися периферійні елементи РНК, зокрема P9, P10.1, P12, P19 і L15. Порівняння з результатами методу AFM–HORNET показало високу подібність корельованих рухів структурних елементів: коефіцієнт кореляції матриць становив 0,897. Водночас кріо-ЕМ дозволила розрізнити тонші узгоджені зміни, які не були помітні за нижчої роздільної здатності.
Вплив білка та роль магнію
Зв’язування rnpA змінило характер рухів РНК, насамперед у ділянках P10.1 і P12. Автори описали цей ефект як алостеричне віддалене ремоделювання. При цьому аналіз показав, що структурно інваріантна ділянка, до якої входять каталітичний центр і місце зв’язування rnpA, майже не змінювалася в різних конформаціях — незалежно від наявності білка.
Методика також дала змогу досліджувати численні структурні й каталітичні іони магнію, пов’язані з РНК. Автори зазначають, що запропонований робочий процес може бути використаний для аналізу високо неоднорідних молекул у кріо-ЕМ та для вивчення зв’язку між конформаційною динамікою РНК, іонами магнію і каталітичною активністю.
