可控制蛋白表达的hairpin小分子

生物通报道：riboswitch(一些信使RNA内的调控元素）是一种控制蛋白表达的机制，功能好像“按钮”，被按后会阻止目的蛋白的表达。最近，波恩大学生命和医学科学中心研究人员得到一种发卡状RNA分子（hairpin-shaped RNA），可以区分riboswitch的开启和关闭状态。

　　

生物通报道：肌体通过各种精巧的机制控制蛋白表达的时间和多少，几年前发现的riboswitch(一些信使RNA内的调控元素）就是其中一种。Riboswitch的功能好像“按钮”，被按后会阻止目的蛋白的表达。如果能够找到一种与病原体Riboswitch相结合的药物，就可以抑制细菌和真菌中重要蛋白的表达，因此说Riboswitch不失为一种潜在的抗生素靶标。

最近，波恩大学生命和医学科学中心研究人员在Riboswitch的研究中又取得了重大突破。由Michael Famulok率领的研究小组得到一种发卡状RNA分子（hairpin-shaped RNA），可以区分riboswitch的开启和关闭状态。

表达目的蛋白，细胞首先产生编码蛋白的DNA和mRNA，然后通过核糖体阅读mRNA合成蛋白。有些蛋白在其含量充足的时候，可以激活一种“开关”抑制自我合成。这是因为mRNA不仅包含编码蛋白的遗传物质，而且包含具有调控功能的元件。蛋白或与蛋白紧密相关的代谢物，与mRNA上的riboswitch结合并改变riboswitch的空间结构，阻止核糖体继续读取编码蛋白的mRNA片段。比如，当焦磷酸硫胺素（thiamine pyrophosphate，TPP）与大肠杆菌的thiM riboswitch结合后，核糖体识别的mRNA片段（TPP的“阅读”起点）被掩盖起来。

Michael Famulok及其同事寻找一种可以区分riboswitch开启和关闭状态的探针。Aptamers（核酸适体）是已知的可以区分蛋白不同状态的小RNA，与抗生素类似，采用特异的空间结构，选择性地绑定靶标蛋白分子。那么，为什么就不能绑定riboswitch呢？从建库开始，经过若干步骤后，产生大量随机的RNA序列。研究人员从中选择两种小hairpin-shaped核酸适体，能够与处于“开启”状态的riboswitch牢固、特异结合。结果显示，两种hairpin结合的区域不同：一种结合在TPP绑定位点，一种结合在负责riboswitch结构转变的区域。当riboswitch向关闭形式转变时，两种hairpin会发生拥挤。

Famulok等希望利用这些核酸适体更好地研究riboswitch的功能，为将来研制全新的阻断细菌thiM riboswitch（比如TPP）的抗菌剂提供参考。(生物通记者 子元）

Author: Michael Famulok, Universit鋞 Bonn (Germany), http://famulok.chemie.uni-bonn.de/members/group.html Title: RNA Ligands That Distinguish Metabolite-Induced Conformations in the TPP Riboswitch Angewandte Chemie International Edition, doi: 10.1002/anie.200603166