Seminarium Zakładu Biofizyki

Krótkie modyfikowane oligonukleotydy, takie jak 2'O-metylowane RNA i peptydowy kwas nukleinowy (PNA), które specyficznie rozpoznają DNA lub RNA, mogą regulować procesy transkrypcji lub translacji. PNA jest syntetycznym analogiem DNA, który hybrydyzuje zarówno z samym sobą, jak i z naturalnymi kwasami nukleinowymi. Jednakże oligomery 2'O-metylowanego RNA i PNA nie są samoczynnie pobierane przez bakterie i do tej pory nie znaleziono wydajnych nośników takich oligomerów do komórek bakterii. W naszych doświadczeniach stwierdziliśmy, że kowalencyjne połączenie witaminy B12 z PNA lub 2'O-metylowanym RNA powoduje, że takie koniugaty wchodzą do komórek E. coli i S. Typhimurium. Witamina B12 (zwana również kobalaminą) jest kofaktorem wielu reakcji enzymatycznych. Niektóre bakterie produkują witaminę B12 ale większość musi ją pobrać ze środowiska. W pierwszym etapie pobierania witaminy B12 przez komórki E. coli, witamina B12 specyficznie oddziałuje z receptorem błony zewnętrznej — BtuB. Potwierdziliśmy, że transport koniugatu witamina B12—PNA do komórek E. coli także zachodzi przez receptor BtuB. Następnie przeprowadziliśmy symulacje tego transportu. Zbudowaliśmy pełnoatomowy asymetryczny i heterogeniczny model błony wokół BtuB i zastosowaliśmy różne techniki wzmocnionego próbkowania w dynamice molekularnej. Stwierdziliśmy, że transport koniugatu witamina B12—PNA jest mechanicznie możliwy, ale wymaga dużej zmiany konformacyjnej oligomeru PNA. W związku z tym, co potwierdzają nasze doświadczenia, sugerujemy, że koniugaty witamina B12—PNA mogą być transportowane przez białko BtuB w błonie zewnętrznej E. coli.

Short modified oligonucleotides, such as 2’O-methyl RNA and peptide nucleic acid (PNA) that specifically recognize double-stranded DNA or messenger RNA, modulate key biological processes of either transcription or translation. PNA is a synthetic DNA analogue that base pairs with itself and natural nucleic acids. However, both 2’O-methyl RNA and PNA oligomers are not taken up by bacterial cells and carriers are required. Unfortunately, for their non-invasive transport efficient carriers are yet to be found. We provide experimental evidence that covalent conjugation of vitamin B12 to either PNA or 2’O-methyl RNA makes these oligomers enter E. coli and S. Typhimurium cells. Vitamin B12 (also called cobalamin) is an essential enzymatic cofactor either produced or taken up by bacterial cells. The first stage of vitamin B12 uptake to Gram-negative E. coli cells occurs through the outer-membrane receptor protein called BtuB. After confirming that vitamin B12 transports PNA to E. coli cells through the BtuB receptor, we proceeded to simulate the details of this transport. We built an asymmetric and heterogenous E. coli membrane model around BtuB and applied various enhanced sampling molecular dynamics techniques. We found that indeed transport of vitamin B12-PNA conjugate is mechanically possible but requires large conformational change of the PNA oligomer. Therefore, as also supported by our experimental evidence, we suggest that vitamin B12—PNA conjugates may be transported through the BtuB protein in the E. coli outer membrane.