Le message de la vie est codé dans notre ADN génomique par la transcription d'ARN messagers et la traduction de protéines pour exécuter des fonctions cellulaires. Pour assurer une transcription précise - un processus qui transcrit l'ADN génomique en ARN messager en ajoutant des nucléotides un par un comme des lettres de l'alphabet, une enzyme appelée ARN polymérase II synthétise et corrige l'ARN messager pour éliminer tous les nucléotides mal incorporés qui ne correspondent pas à la matrice d'ADN.

Alors que l'ARN polymérase II était connue pour être critique pour assurer l'exactitude de la transcription, il s'agissait d'un casse-tête de longue date quant à la façon dont cette enzyme accomplit cette tâche difficile. Déterminer les mécanismes sous-jacents pourrait donner un aperçu des erreurs commises au cours de ce processus de transcription par ailleurs très précis, ce qui peut conduire à diverses maladies humaines.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Huang Xuhui, Padma Harilela, professeure agrégée de sciences au département de chimie et au département de génie chimique et biologique de HKUST, rapporte maintenant le mécanisme de l'ARN polymérase II pour corriger les erreurs dans la synthèse de l'ARN. Lorsqu'un nucléotide est ajouté par erreur, L'ARN polymérase II peut rembobiner en reculant (appelé backtracking) et cliver ce nucléotide mal incorporé. L'équipe de recherche a découvert que bien que des résidus d'acides aminés spécifiques de l'ARN polymérase II soient essentiels pour le retour en arrière, le clivage du nucléotide mal incorporé ne nécessite que l'ARN lui-même (c'est-à-dire l'oxygène phosphate du nucléotide mal incorporé).

"L'ARN polymérase II est comme une machine moléculaire dans la cellule. La nature conçoit intelligemment cette machine pour catalyser deux réactions chimiques distinctes dans un seul site actif sans se mélanger. Alors que la synthèse normale d'ARN nécessite des résidus d'acides aminés spécifiques de l'ARN polymérase II, nous avons trouvé que l'élimination du nucléotide mésapparié ne repose sur aucun résidu d'acide aminé. Cette machine moléculaire coordonne de manière transparente ces deux fonctions dans un site actif, " a déclaré le professeur Huang. " Notre découverte offre des informations précieuses sur la façon dont la transcription peut mal se passer dans les cellules vieillissantes et malades, et dans quelle mesure les erreurs de transcription peuvent conduire à diverses maladies humaines."

"Notre travail n'est possible qu'avec les ressources de calcul haute performance à grande échelle fournies principalement par le supercalculateur Shaheen en collaboration avec l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST)", Le professeur Huang a ajouté. "Nos calculs de mécanique quantique et de dynamique moléculaire ont consommé 20 millions d'heures de cœur de processeur au total."

Les résultats ont été récemment publiés dans une prestigieuse revue scientifique Catalyse naturelle .