細菌如何打開核糖開關？
日期：2013-11-26 09:05:25
細菌利用一系列基于RNA的機制來控制基因表達，包括核糖開關（riboswitch）。這些調控元件位于mRNA的非編碼區，主要分為2個結構域：適體結構域（AD）和表達結構域（EPD）。AD與代謝產物結合后，導致自身的構象發生變化，而表達平臺將構象變化轉化為基因表達的變化。由于核糖開關控制對細菌生存很關鍵的基因，故它們也成為新型抗生素的潛在目標。
add腺嘌呤核糖開關是根據腺嘌呤的存在與否來改變基因表達。當腺嘌呤不存在時，核糖體結合位點和起始密碼子與適體的一部分結合，阻止翻譯。當腺嘌呤存在時，適體中的P1 stem結構變得更加穩定，導致mRNA翻譯。然而，對于腺嘌呤在穩定適體中的具體作用，目前還不是很清楚。
在近期一項發表于《RNA》上的研究中，研究人員利用分子動力學模擬，來研究腺嘌呤存在或不存在時P1 stem形成的熱力學，為P1 stem的配體誘導穩定提供了原子細節及自由能估算。
文章的通訊作者，意大利國際高等研究院（SISSA）的Giovanni Bussi談道：“因配體結合而引起的結構變化已在一定程度上鑒定，但是目前很難從實驗中了解腺嘌呤在穩定適體上的確切作用。這促使我們開展分子模擬。”
Bussi及其同事發現，P1與配體的直接相互作用只在構象轉換中起到相對次要的作用。“這是個令人吃驚的結果，腺嘌呤在整個適體的重排中起作用，不僅僅是與表達平臺相互作用的部分，還直接參與了控制基因表達。這意味著適體比我們當初預計的更為復雜，需要從整體上來考慮，才能了解配體結合的影響，”Bussi談道。
研究人員還將他們的結果與單分子實驗的結果以及熔解實驗的熱力學數據進行了比較。他們認為，結果的一致驗證了他們所使用的技術，并為適體-配體相互作用的新型計算研究鋪平道路。Bussi表示：“我們能夠提供一部清晰的分子電影，描繪適體在配體存在或不存在時會做什么，而這很難從實驗中獲得。”
展望未來，Bussi和他的團隊計劃在模擬中納入更多實驗信息，以提高結果的準確性。除了研究配體與適體的直接相互作用，他們還在開發新的計算技術，以便為核糖開關的穩定提供一個完整的模型。
Bussi認為：“這一機制的詳細了解將有助于人工分子的合理設計，此分子可騙過核糖開關，阻礙其控制基因表達的能力。由于核糖開關普遍存在于細菌中，這項研究的長期目標是設計出有效的抗菌藥物。”
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