據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,，來自美國(guó)密歇根大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了迄今最小,、最快的RNA分子開關(guān),，這種稀有的,、轉(zhuǎn)瞬即逝的結(jié)構(gòu)可提供新的藥物靶標(biāo),，為開發(fā)新型抗病毒藥物以及抗生素藥物提供重大幫助,。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在同日的《自然》雜志上。
RNA是DNA的“化學(xué)表親”,，其一度被認(rèn)為只能存儲(chǔ)和傳遞遺傳信息,。而現(xiàn)在，RNA被稱為細(xì)胞內(nèi)的“瑞士軍刀”,，其可以執(zhí)行各種各樣的任務(wù),，并變化成多種形狀。在過去的十年中,，研究人員已經(jīng)確定我們細(xì)胞中的大多數(shù)RNA分子,，RNA也在調(diào)節(jié)基因表達(dá)方面發(fā)揮著重要作用。這些大分子作為開關(guān)可探測(cè)到細(xì)胞信號(hào),，并能改變形狀或是發(fā)送適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)給細(xì)胞中的其他生物分子,。
研究小組采用了改良過的核磁共振光譜儀，以及囚禁和捕獲瞬時(shí)RNA結(jié)構(gòu)的策略,。此前他們借助相似的核磁共振技術(shù)制成過“納米視頻”,，能夠以三維模式揭示RNA分子如何改變形狀，形成扭曲,、彎曲和旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),。此次觀測(cè)到的RNA開關(guān)可比同類開關(guān)的體積顯著減小，運(yùn)行速度也將呈數(shù)量級(jí)提升,。研究人員把這種壽命很短的結(jié)構(gòu)稱為微控開關(guān),，其可通過一種新的成像技術(shù)被探測(cè)到。雖然這種RNA開關(guān)存在的證據(jù)與日增多,，但由于其體形極小且壽命極短,，因而傳統(tǒng)的成像技術(shù)一直未能捕捉到它的蹤跡,。該?；瘜W(xué)系和生物物理學(xué)系的哈希姆·哈希米就表示：“我們終于觀察到了這些罕有的、交替形式的RNA,，它們只能存在大約1微秒至1毫秒左右，轉(zhuǎn)瞬即逝,。”觀察到的瞬間結(jié)構(gòu)變化涉及3種類型的RNA分子,。其中兩種RNA源自艾滋病病毒，另一種則與核糖體內(nèi)部的質(zhì)量控制相關(guān),。
微控開關(guān)內(nèi)涉及了暫時(shí)的,、局部的RNA結(jié)構(gòu)變化，直至受激狀態(tài),。這種結(jié)構(gòu)的變化就是開關(guān)：形狀的變化能夠傳輸生物信號(hào)到細(xì)胞的其他部分,。上述的激發(fā)態(tài)相當(dāng)于具有生物功能的罕見的交替形式。這些交替形式具有獨(dú)特的化學(xué)特性,，能使它們成為藥物可附著的大分子,。從某種意義上說，他們提供了全新的藥物靶標(biāo)層,?？共《镜乃幬锬軌蚱茐陌滩〔《镜膹?fù)制，而抗生素藥物能夠干擾蛋白質(zhì)在細(xì)菌核糖體內(nèi)的裝配,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nature11498
PMC:
PMID:
Visualizing transient low-populated structures of RNA
Elizabeth A. Dethoff, Katja Petzold, Jeetender Chugh, Anette Casiano-Negroni & Hashim M. Al-Hashimi
The visualization of RNA conformational changes has provided fundamental insights into how regulatory RNAs carry out their biological functions. The RNA structural transitions that have been characterized so far involve long-lived species that can be captured by structure characterization techniques. Here we report the nuclear magnetic resonance visualization of RNA transitions towards ‘invisible’ excited states (ESs), which exist in too little abundance (2–13%) and for too short a duration (45–250?μs) to allow structural characterization by conventional techniques. Transitions towards ESs result in localized rearrangements in base-pairing that alter building block elements of RNA architecture, including helix–junction–helix motifs and apical loops. The ES can inhibit function by sequestering residues involved in recognition and signalling or promote ATP-independent strand exchange. Thus, RNAs do not adopt a single conformation, but rather exist in rapid equilibrium with alternative ESs, which can be stabilized by cellular cues to affect functional outcomes.
