Ученые выяснили, как работают ДНКзимы

Немецкие ученые впервые описали механизм действия ДНКзимов — одноцепочечных молекул ДНК, расщепляющих внутри клетки нежелательные молекулы РНК. Подробное изучение этого процесса позволит использовать ДНКзимы в медицине — для уничтожения патогенов, раковых клеток, а также для лечения нейродегенеративных заболеваний. Статья опубликована в журнале Nature.

Дезоксирибозимы (ДНКзимы) — это каталитические одноцепочечные молекулы ДНК, которые обнаруживают разрушающие нежелательные молекулы РНК. ДНКзимы перспективны для использования в медицине, так как могут уничтожать РНК вирусов, раковых или поврежденных нервных клеток. ДНКзимы содержат в своем составе связывающую последовательность нуклеотидов, комплементарную РНК-мишени и коровую часть, ее расщепляющую. Ученые из Юлихского исследовательского центра, Боннского и Дюссельдорфского университетов впервые смогли проследить за работой ДНКзимов в реальном времени.

«Использование ДНКзимов в медицине было предложено 20 лет назад, к сожалению, внедрить их в медицинскую практику пока не удалось, — говорит руководитель исследования Мануэль Эцкорн. — В пробирке ДНКзимы очень эффективны, но в клетке за ними редко удается пронаблюдать. Кроме того, должен существовать конкурирующий процесс, блокирующий ДНКзимы, и без фундаментального понимания трудно разработать улучшенные варианты ДНКзимов, которые смогут стать лекарствами».

Авторы использовали спектроскопию ядерного магнитного резонанса высокого разрешения, чтобы определить расположение атомов в ДНКзиме во время расщепления РНК. Оказалось, что коровая часть ДНКзима оборачивается вокруг цепи РНК и расщепляет ее на две части в несколько промежуточных этапов. После этого ДНКзим высвобождает фрагменты РНК и может связываться со следующей молекулой. Ключевым кофактором является магний, однако он плохо связывается с ДНКзимом и утекает в конкурирующие процессы.

Следующим шагом станет проведение исследований на клеточных культурах. Основная цель ученых — улучшение сродства ДНКзимов к магнию путем целенаправленных модификаций. Это позволит повысить их активность внутри биологических тканей. Особенно авторов интересует применение ДНКзимов для лечения нейродегенеративных заболеваний. В случае болезни Паркинсона они смогут разрушать последовательность мРНК, кодирующую белок альфа-синуклеин, который запускает нейротоксические процессы.