Nature：捕捉最小最快的RNA分子开关

　　

生物通报道  密歇根大学的生物物理学家Hashim Al-Hashimi及同事们在新研究中发现了最小最快的已知RNA分子开关。研究人员表示这些罕见的稍纵即逝的结构是开发新的抗病毒和抗菌药物的最佳靶点。相关论文发表在10月7日的《自然》（Nature）杂志上。

曾经一度被认为只能储存和传递遗传信息，现在已知RNA可称得上是一把细胞中的瑞士军刀，执行着各种各样的任务，可转变为各种形状。

在过去的十年里，研究人员已经确定了我们细胞中的大部分DNA都是用于生成RNA分子，RNA在调控基因表达中起至关重要的作用，且这些大分子可充当开关检测细胞信号，随后改变形状对细胞内的其他生物分子传送适当的反应。

尽管RNA的开关功能得到了很好地证实，在新研究中密西根大学的Al-Hashimi及同事却发现了相比于其他已知RNA开关类型显著更小、速度快几个数量级的一类新开关。

Al-Hashimi将利用他实验室开发的一项新成像技术检测到的这些短暂的结构称之为微开关（micro-switches）。

Al-Hashimi 说：“我们最终能够放大这些仅一瞬间存在然后便消失的罕见的其他形式的RNA。由于它们只在大约1%的时间即一微妙到一毫秒内存在，所以难于看见这些东西。”

在生物学中，分子的三维形状决定了其特性，并影响其功能。单链RNA分子可以作为长链维持伸展状态或是折叠形成具有分支、梯状臂的复杂环。

密歇根大学的研究人员所描述的微开关涉及将RNA结构暂时地局部改变为称作激发态的替代形式。这种结构改变是一种开关：形状转换向细胞的其他部分传送生物信号。

Al-Hashimi说：“这些激发态对应具有生物学功能的罕见替代形式。这些替代形式具有独特的结构和化学特性能够使它们成为供药物附着的大分子。从某种意义上说，它们提供了一个全新层次的药物靶点。”

在这篇Nature文章中，密歇根大学的研究人员看到了三种类型RNA分子中的短暂结构改变。两种RNA来自HIV病毒，已知在病毒复制中起关键作用。第三种参与了核糖体内的质量控制。

所有这三种RNA新发现的激发态为开发出可以干扰HIV复制的抗病毒药物和可以干扰细菌核糖体中蛋白质组装的抗生素等药物提供了潜在的靶点。

Al-Hashimi说多年来这些微小RNA开关存在的证据不断增加，然而由于它们太小太短暂难于被常规的成像技术捕获，直到现在也无法对它们进行检测。

为了生成他们的研究发现，研究小组采用了一种改良形式的核磁共振谱学，并结合一种陷阱捕获短暂RNA结构的策略。在去年他们发表于Nature杂志的一篇研究报道中，研究人员采用了相似的NMR技术捕捉了在DNA双螺旋中碱基来回滚动的罕见状况。

近年来，Al-Hashimi还和同事们利用核磁共振构建出“nanovideos”揭示了RNA分子如何在三维中改变形状——旋转、弯曲以及它们结构接头的转动。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Visualizing transient low-populated structures of RNA

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.