Una colaboración de investigación que combina novedosas herramientas informáticas de "grandes datos" con experiencia en biología básica ha descubierto detalles de un proceso esencial en la vida: cómo una enzima crucial ubica el sitio en el ADN donde comienza a dirigir la síntesis de ARN.los hallazgos pueden ayudar al descubrimiento de nuevos medicamentos antimicrobianos, y los poderosos enfoques tecnológicos desarrollados para esta investigación pueden arrojar luz sobre otros procesos celulares esenciales.
Un grupo de bioinformática del Hospital de Niños de Filadelfia colaboró con investigadores de la Universidad de Rutgers en el estudio, que apareció en línea hoy en día ciencia .
"Los algoritmos que desarrollamos nos permiten abordar muchas preguntas en diversas áreas de la biología del ADN y el ARN", dijo la coautora del estudio Deanne M. Taylor, Ph.D., Directora de Bioinformática en el Departamento de Informática Biomédica y de Salud enThe Children's Hospital of Philadelphia CHOP. "Comprender estos procesos fundamentales puede ayudar a desarrollar tratamientos antimicrobianos para combatir las enfermedades bacterianas".
Taylor colaboró en el estudio con el bioquímico Bryce Nickels, Ph.D., y el químico Richard Ebright, Ph.D., ambos de Rutgers, la Universidad Estatal de Nueva Jersey.
La investigación se centra en la transcripción: cómo las células leen la información genética almacenada en el ADN sintetizando primero una copia de esa información genética como ARN. La enzima ARN polimerasa es la máquina molecular que realiza la transcripción. En el estudio actual, el CHOP /El equipo de Rutgers determinó cómo la ARN polimerasa ubica el sitio en el ADN donde comienza la transcripción.
En particular, trabajando en bacterias, el equipo de CHOP / Rutgers demostró que después de que la ARN polimerasa se une al ADN y desenrolla parcialmente las dos cadenas de la hélice de ADN, luego continúa desenrollando esas dos cadenas, tirando de las cadenas de ADN desenrolladas hasta que seLos investigadores llaman a este proceso, desenrollar el ADN y tirar de los filamentos en sí mismo, "arrugamiento del ADN". Nickels señala: "Los científicos han sabido durante más de tres décadas que los sitios de inicio de la transcripción varían, perono conocía previamente el mecanismo "
Para detectar el arrugamiento del ADN durante la selección de TSS, los investigadores desarrollaron nuevos enfoques experimentales potentes, llamados MASTER y MASTER-XL. El equipo CHOP / Rutgers describió por primera vez a MASTER para "lectura de final de transcripción masivamente sistemática" en un artículo de diciembre de 2015 en célula molecular .
MASTER-XL combina la tecnología MASTER con reticulación - introduciendo aminoácidos artificiales en sitios específicos en proteínas para reticular a sitios en el ADN. Usando algoritmos de alto rendimiento, el equipo del estudio pudo identificar con precisión y rapidez esos sitios de reticulación en unmillones de secuencias de ADN diferentes, cada una con una región TSS distinta. En cada secuencia, el equipo identificó el TSS, así como las posiciones frontal borde delantero y posterior borde posterior donde la ARN polimerasa se unía al ADN.
Yuanchao Zhang, un estudiante graduado que trabaja con el grupo de bioinformática de Taylor en CHOP, desarrolló los algoritmos de big data con Taylor para analizar la secuencia de salida de datos de los experimentos MASTER y MASTER-XL ". Nuestros algoritmos procesan rápidamente muchos millones de secuencias de ADN y ARNlee ", dijo Taylor.
La secuenciación rápida, más los métodos bioquímicos y químicos avanzados que subyacen a la reticulación, proporcionaron un hallazgo clave sobre cómo se produce el arrugamiento del ADN durante la transcripción. A medida que cambia la posición del TSS, la posición del borde de ataque de la ARN polimerasa cambia en el paso de bloqueo, pero elEl borde posterior de la enzima permanece en la misma posición. Esto hace que el ADN se contraiga: permanece sujeto a la ARN polimerasa en su borde posterior, pero la ARN polimerasa desenrolla el ADN adyacente y empuja el ADN desenrollado dentro de sí mismo hasta que localiza un nuevo TSS.
"La característica crucial de nuestro enfoque", explicó Ebright, "es la combinación de la reticulación de la proteína-ADN con la secuenciación de ADN de la próxima generación. Esto nos permite realizar estudios de reticulación con un millón de secuencias de ADN diferentes en la misma cantidad detiempo que previamente hubiéramos necesitado para realizar estudios de reticulación con una secuencia de ADN ". Agregó:" El aumento de un millón de veces en el rendimiento permite resolver problemas biológicos que antes no se podían resolver ".
Los colaboradores de CHOP / Rutgers ahora están investigando la transcripción en organismos superiores, analizando si se produce el arrugamiento del ADN durante la selección de TSS y, de ser así, cómo se compara con el proceso en bacterias. El equipo también espera aplicar MASTER y MASTER-XL al análisisotros procesos celulares esenciales como la replicación del ADN.
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Materiales proporcionados por Hospital de Niños de Filadelfia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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