Nature：捕捉最小最快的RNA分子開關(guān)

日期：2012-10-09 07:44:14

密歇根大學(xué)的生物物理學(xué)家Hashim Al-Hashimi及同事們?cè)谛卵芯恐邪l(fā)現(xiàn)了最小最快的已知RNA分子開關(guān)。研究人員表示這些罕見(jiàn)的稍縱即逝的結(jié)構(gòu)是開發(fā)新的抗病毒和抗菌藥物的最佳靶點(diǎn)。相關(guān)論文發(fā)表在10月7日的《自然》（Nature）雜志上。

曾經(jīng)一度被認(rèn)為只能儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息，現(xiàn)在已知RNA可稱得上是一把細(xì)胞中的瑞士軍刀，執(zhí)行著各種各樣的任務(wù)，可轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N形狀。

在過(guò)去的十年里，研究人員已經(jīng)確定了我們細(xì)胞中的大部分DNA都是用于生成RNA分子，RNA在調(diào)控基因表達(dá)中起至關(guān)重要的作用，且這些大分子可充當(dāng)開關(guān)檢測(cè)細(xì)胞信號(hào)，隨后改變形狀對(duì)細(xì)胞內(nèi)的其他生物分子傳送適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

盡管RNA的開關(guān)功能得到了很好地證實(shí)，在新研究中密西根大學(xué)的Al-Hashimi及同事卻發(fā)現(xiàn)了相比于其他已知RNA開關(guān)類型顯著更小、速度快幾個(gè)數(shù)量級(jí)的一類新開關(guān)。

Al-Hashimi將利用他實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一項(xiàng)新成像技術(shù)檢測(cè)到的這些短暫的結(jié)構(gòu)稱之為微開關(guān)（micro-switches）。

Al-Hashimi 說(shuō)：“我們最終能夠放大這些僅一瞬間存在然后便消失的罕見(jiàn)的其他形式的RNA。由于它們只在大約1%的時(shí)間即一微妙到一毫秒內(nèi)存在，所以難于看見(jiàn)這些東西。”

在生物學(xué)中，分子的三維形狀決定了其特性，并影響其功能。單鏈RNA分子可以作為長(zhǎng)鏈維持伸展?fàn)顟B(tài)或是折疊形成具有分支、梯狀臂的復(fù)雜環(huán)。

密歇根大學(xué)的研究人員所描述的微開關(guān)涉及將RNA結(jié)構(gòu)暫時(shí)地局部改變?yōu)榉Q作激發(fā)態(tài)的替代形式。這種結(jié)構(gòu)改變是一種開關(guān)：形狀轉(zhuǎn)換向細(xì)胞的其他部分傳送生物信號(hào)。

Al-Hashimi說(shuō)：“這些激發(fā)態(tài)對(duì)應(yīng)具有生物學(xué)功能的罕見(jiàn)替代形式。這些替代形式具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性能夠使它們成為供藥物附著的大分子。從某種意義上說(shuō)，它們提供了一個(gè)全新層次的藥物靶點(diǎn)。”

在這篇Nature文章中，密歇根大學(xué)的研究人員看到了三種類型RNA分子中的短暫結(jié)構(gòu)改變。兩種RNA來(lái)自HIV病毒，已知在病毒復(fù)制中起關(guān)鍵作用。第三種參與了核糖體內(nèi)的質(zhì)量控制。

所有這三種RNA新發(fā)現(xiàn)的激發(fā)態(tài)為開發(fā)出可以干擾HIV復(fù)制的抗病毒藥物和可以干擾細(xì)菌核糖體中蛋白質(zhì)組裝的抗生素等藥物提供了潛在的靶點(diǎn)。

Al-Hashimi說(shuō)多年來(lái)這些微小RNA開關(guān)存在的證據(jù)不斷增加，然而由于它們太小太短暫難于被常規(guī)的成像技術(shù)捕獲，直到現(xiàn)在也無(wú)法對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)。

為了生成他們的研究發(fā)現(xiàn)，研究小組采用了一種改良形式的核磁共振譜學(xué)，并結(jié)合一種陷阱捕獲短暫RNA結(jié)構(gòu)的策略。在去年他們發(fā)表于Nature雜志的一篇研究報(bào)道中，研究人員采用了相似的NMR技術(shù)捕捉了在DNA雙螺旋中堿基來(lái)回滾動(dòng)的罕見(jiàn)狀況。

近年來(lái)，Al-Hashimi還和同事們利用核磁共振構(gòu)建出“nanovideos”揭示了RNA分子如何在三維中改變形狀——旋轉(zhuǎn)、彎曲以及它們結(jié)構(gòu)接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。