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Collision-Induced Unfolding Reveals Disease-Associated Stability Shifts in Mitochondrial Transfer Ribonucleic Acids
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2024-02-08 , DOI: 10.1021/jacs.3c09230 Anna G Anders 1 , Elizabeth D Tidwell 2 , Varun V Gadkari 3 , Markos Koutmos 1, 2 , Brandon T Ruotolo 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2024-02-08 , DOI: 10.1021/jacs.3c09230 Anna G Anders 1 , Elizabeth D Tidwell 2 , Varun V Gadkari 3 , Markos Koutmos 1, 2 , Brandon T Ruotolo 1
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Ribonucleic acids (RNAs) remain challenging targets for structural biology, creating barriers to understanding their vast functions in cellular biology and fully realizing their applications in biotechnology. The inherent dynamism of RNAs creates numerous obstacles in capturing their biologically relevant higher-order structures (HOSs), and as a result, many RNA functions remain unknown. In this study, we describe the development of native ion mobility–mass spectrometry and collision-induced unfolding (CIU) for the structural characterization of a variety of RNAs. We evaluate the ability of these techniques to preserve native structural features in the gas phase across a wide range of functional RNAs. Finally, we apply these tools to study the elusive mitochondrial encephalopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes-associated A3243G mutation. Our data demonstrate that our experimentally determined conditions preserve some solution-state memory of RNAs via the correlated complexity of CIU fingerprints and RNA HOS, the observation of predicted stability shifts in the control RNA samples, and the retention of predicted magnesium binding events in gas-phase RNA ions. Significant differences in collision cross section and stability are observed as a function of the A3243G mutation across a subset of the mitochondrial tRNA maturation pathway. We conclude by discussing the potential application of CIU for the development of RNA-based biotherapeutics and, more broadly, transcriptomic characterization.
中文翻译：
碰撞诱导的去折叠揭示了线粒体转移核糖核酸中与疾病相关的稳定性变化
核糖核酸 （RNA） 仍然是结构生物学中具有挑战性的靶标，为理解它们在细胞生物学中的巨大功能以及完全实现它们在生物技术中的应用创造了障碍。RNA 的固有动态性在捕获其生物学相关的高级结构 （HOS） 方面造成了许多障碍，因此，许多 RNA 功能仍然未知。在这项研究中，我们描述了天然离子淌度-质谱和碰撞诱导去折叠 （CIU） 的发展，用于各种 RNA 的结构表征。我们评估了这些技术在广泛的功能性 RNA 中保持气相天然结构特征的能力。最后，我们应用这些工具来研究难以捉摸的线粒体脑病、乳酸酸中毒和中风样发作相关的 A3243G 突变。我们的数据表明，我们实验确定的条件通过 CIU 指纹和 RNA HOS 的相关复杂性、对对照 RNA 样品中预测稳定性变化的观察以及预测的镁结合事件在气相 RNA 离子中的保留保留了 RNA 的一些溶液态记忆。作为线粒体 tRNA 成熟途径子集中 A3243G 突变的函数，观察到碰撞横截面和稳定性的显著差异。最后，我们讨论了 CIU 在基于 RNA 的生物治疗药物开发中的潜在应用，以及更广泛地说，转录组学表征。
更新日期：2024-02-08
中文翻译：
碰撞诱导的去折叠揭示了线粒体转移核糖核酸中与疾病相关的稳定性变化
核糖核酸 （RNA） 仍然是结构生物学中具有挑战性的靶标，为理解它们在细胞生物学中的巨大功能以及完全实现它们在生物技术中的应用创造了障碍。RNA 的固有动态性在捕获其生物学相关的高级结构 （HOS） 方面造成了许多障碍，因此，许多 RNA 功能仍然未知。在这项研究中，我们描述了天然离子淌度-质谱和碰撞诱导去折叠 （CIU） 的发展，用于各种 RNA 的结构表征。我们评估了这些技术在广泛的功能性 RNA 中保持气相天然结构特征的能力。最后，我们应用这些工具来研究难以捉摸的线粒体脑病、乳酸酸中毒和中风样发作相关的 A3243G 突变。我们的数据表明，我们实验确定的条件通过 CIU 指纹和 RNA HOS 的相关复杂性、对对照 RNA 样品中预测稳定性变化的观察以及预测的镁结合事件在气相 RNA 离子中的保留保留了 RNA 的一些溶液态记忆。作为线粒体 tRNA 成熟途径子集中 A3243G 突变的函数，观察到碰撞横截面和稳定性的显著差异。最后，我们讨论了 CIU 在基于 RNA 的生物治疗药物开发中的潜在应用，以及更广泛地说，转录组学表征。
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