新方法可以對 RNA 分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析

我們生活在一個由 RNA 制造和運行的世界，RNA 是基因分子 DNA 的同等重要的兄弟姐妹。事實上，進(jìn)化生物學(xué)家假設(shè) RNA 甚至在 DNA 及其編碼的蛋白質(zhì)出現(xiàn)之前就存在并自我復(fù)制。快進(jìn)到現(xiàn)代人類：科學(xué)表明，不到 3% 的人類基因組被轉(zhuǎn)錄成信使 RNA (mRNA) 分子，而信使 RNA (mRNA) 分子又被翻譯成蛋白質(zhì)。相比之下，其中 82% 被轉(zhuǎn)錄成具有其他功能的 RNA 分子，其中許多功能仍然很神秘。

要了解單個 RNA 分子的作用，需要在其組成原子和分子鍵的水平上破譯其 3D 結(jié)構(gòu)。研究人員經(jīng)常研究 DNA 和蛋白質(zhì)分子，方法是將它們變成規(guī)則堆積的晶體，可以用 X 射線束(X 射線晶體學(xué))或無線電波(核磁共振)檢查。然而，這些技術(shù)不能以幾乎相同的效率應(yīng)用于 RNA 分子，因為它們的分子組成和結(jié)構(gòu)靈活性阻止它們?nèi)菀仔纬删w。

現(xiàn)在，由 Wyss Core 教員 Peng Yin 博士領(lǐng)導(dǎo)的一項研究合作。在哈佛大學(xué) Wyss 仿生工程研究所和 Maufu Liao 博士。在哈佛醫(yī)學(xué)院 (HMS)，報告了一種全新的 RNA 分子結(jié)構(gòu)研究方法。ROCK，正如它所說的那樣，使用一種 RNA 納米技術(shù)，可以將多個相同的 RNA 分子組裝成高度有序的結(jié)構(gòu)，從而顯著降低單個 RNA 分子的靈活性并使其分子量成倍增加。研究小組將具有不同大小和功能的著名模型 RNA 用作基準(zhǔn)，表明他們的方法能夠使用稱為低溫電子顯微鏡 (cryo-EM) 的技術(shù)對所含 RNA 亞基進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。他們的進(jìn)展報告在自然方法。

“ROCK 正在打破目前 RNA 結(jié)構(gòu)研究的限制，并能夠以近原子分辨率解??鎖現(xiàn)有方法難以或不可能訪問的 RNA 分子的 3D 結(jié)構(gòu)，”Yin 說，他與 Liao 一起領(lǐng)導(dǎo)了這項研究.“我們預(yù)計這一進(jìn)展將振興基礎(chǔ)研究和藥物開發(fā)的許多領(lǐng)域，包括新興的 RNA 治療領(lǐng)域。”Yin 還是 Wyss 研究所分子機器人計劃的負(fù)責(zé)人，也是 HMS 系統(tǒng)生物學(xué)系的教授。

獲得對 RNA 的控制

威斯研究所的尹教授團隊開創(chuàng)了各種方法，使 DNA 和 RNA 分子能夠根據(jù)不同的原理和要求自組裝成大型結(jié)構(gòu)，包括 DNA 磚和 DNA 折紙。他們假設(shè)這種策略也可用于將天然存在的 RNA 分子組裝成高度有序的環(huán)狀復(fù)合物，通過將它們特異性連接在一起，它們的彎曲和移動自由受到高度限制。許多 RNA 以復(fù)雜但可預(yù)測的方式折疊，小片段彼此堿基配對。結(jié)果通常是穩(wěn)定的“核心”和“莖環(huán)”向外圍凸出。

在我們的方法中，我們安裝了“接吻環(huán)”，將屬于相同 RNA 的兩個拷貝的不同外周莖環(huán)連接起來，從而形成一個整體穩(wěn)定的環(huán)，包含多個感興趣的 RNA 拷貝。我們推測這些高階環(huán)可以通過冷凍電鏡進(jìn)行高分辨率分析，該技術(shù)已首次成功應(yīng)用于 RNA 分子。”

劉迪，研究第一作者，哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究所殷課題組博士、博士后

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