RNA in model lipid membranes - interactions in bulk and at surfaces

Abstract: Popular Abstract in Swedish Alla levande celler omges av membran, som reglerar dess kontakt med omgivningen. Cellmembran består av flera sorters lipider men även av kolhydrater och ett stort antal proteiner med olika funktion. Lipider är en grupp av molekyler som har ett hydrofilt (vattenälskande) huvud och en hydrofob (vattenavstötande) svans. I en omgivning lik den i kroppens celler d.v.s. bestående av mycket vatten organiserar sig dessa molekyler som ett dubbellager där de hydrofila huvudena vänder sig mot det omgivande vattnet medan de hydrofoba svansarna vänder sig mot varandra. Inuti våra celler finns en cellkärna och flera organeller omgivna av membran. I cellkärnan finns vår arvsmassa, i form av nukleinsyran DNA, en gigantisk molekyl bestående av två komplementära strängar vridna till en helix. En helix är en struktur som vrider sig kring sin egen axel, likt en spiraltrappa. DNA bär på den genetiska koden som innehåller all information nödvändig för att våra kroppar skall fungera. Inuti cellerna finns även en annan nukleinsyra, RNA. RNA är en spännande molekyl som finns i många olika varianter med varierande utseende och funktion. En av funktionerna som RNA har är att verka som en budbärare för DNA, RNA skriver av delar av DNA-koden för att sedan transportera den ut i cellen. I cellen översätts sedan den genetiska koden med hjälp av två andra typer av RNA till livsviktiga proteiner. Att förstå hur RNA växelverkar med membran som finns i cellerna är därför viktigt för ökad förståelse för funktioner i biologiska system. Ett viktigt forskningsområde där man kan dra nytta av förståelsen för växelverkan mellan RNA och lipider är t.ex. inom läkemedelsindustrin. Det finns vissa typer av RNA som är inblandade i olika sjukdomsprocesser så som cancer etc. och det har i flera studier visats att RNA kan användas i behandlingen av flera sjukdomar. Om man vill kunna använda RNA i kampen mot svåra sjukdomar är det mycket viktigt att förstå hur RNA växelverkar med t.ex. cellmembran och proteiner inuti cellerna, samt att hitta sätt att transportera RNA till de ställen i kroppen där de behövs. Ett förslag är att man skulle man kunna använda lipider för att transportera RNA till rätt plats i cellen. Det arbete som ligger till grund för denna avhandling behandlar flera viktiga frågor som tillsammans syftar till att öka förståelsen för drivkrafterna bakom RNA-lipid växelverkan. Avhandlingen är uppdelad i tre kapitel med fokus på olika avseenden av växelverkan mellan RNA och lipider. I kapitel 1-4 ges en bakgrund till arbetet samt en introduktion av de modellsystem vi arbetar med och de experimentella tekniker vi har använt oss av för att undersöka systemen. I kapitel 5 diskuteras hur man kan bygga olika typer av enkla men även mer avancerade RNA-molekyler på ytor. Kapitlet berör hur byggandet kan kontrolleras genom att man ändrar ytans egenskaper, t.ex. kan man stänga av/sätta igång ihopbyggnad av RNA på en yta genom att ändra dess egenskaper. I kapitel 6 behandlas vilka drivkrafter som ligger bakom attraktionen mellan RNA och lipider/membran. Huvudfokus i detta kapitel är att försöka besvara frågan om huruvida hydrofob växelverkan mellan RNA och lipider har någon betydelse för hur de växelverkar. Hur balansen mellan elektrostatisk attraktion (attraktion mellan motsatt laddade molekyler) och hydrofob attraktion (attraktion mellan fettälskande delar hos RNA och fettälskande delar hos lipiderna) har betydelse för associationen diskuteras också. I kapitel 7 jämförs hur RNA skiljer sig från t.ex. DNA i växelverkan med olika membran. Syftet är att förstå vilken betydelse strukturen och storleken hos dessa olika molekyler har för hur de samverkar med membran. De slutsatser vi har kommit fram till genom våra studier är att det är fullt möjligt att använda membran som en yta för att bygga ihop både enkla och komplexa RNA-molekyler samt att ytans egenskaper kan påverka byggandet. Vi kunde visa att man kan stänga av ihopbyggandet av enkla RNA på lipid-membranets yta genom att ytans egenskaper ändras. Vidare kunde vi förklara att detta berodde på att RNA växelverkade med ytan på ett annorlunda sätt än vad DNA gjorde. Vi kunde även visa att den hydrofoba växelverkan var av stor betydelse för associationen av RNA till membran, även om det fanns elektrostatisk attraktion mellan membranet och RNA. Slutligen så kunde vi också konstatera att det var stor skillnad i växelverkan mellan små RNA och stora DNA. DNA växelverkade bara med membran med motsatt laddning medan RNA växelverkade både med laddade och oladdade membran.