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【转帖】Science：决定RNA三维结构的规则
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来源 生命科学专辑 美国密歇根大学研究人员最近发现决定RNA 分子三维结构的规则，即RNA分子三维结构不是由复杂的化学相互作用决定，而仅仅取决于几何学特性。该工作由Hashim M. Al-Hashimi领导的研究小组完成，研究结果发表在2010年1月8日Science杂志上。 Al-Hashimi是密歇根大学的一位化学和生物物理学教授。他表示，RNA 分子非常松散，经常通过与其他分子结合而完全改变其形状来发挥功能。RNA 的形状改变后，会引发其他过程或一连串反应，如打开或关闭特定基因的表达。 Al-Hashimi表示，人体由四肢构成，四肢又由关节相连。而RNA具有与人体相似的构造。RNA的“四肢”是人们熟知的阶梯状双螺旋结构，其“关节”则是可弯曲的接头。目前普遍观点认为，位于RNA双螺旋结构外端的突环（loopy）结构间的相互作用在决定RNA分子的整体三维结构中起重要作用，这正如握手决定了两个胳膊的方向。 但是Al-Hashimi的研究小组决定从另一个角度来看待这个问题。研究人员想知道接头它们本身是否能够决定方向。“就拿你的胳膊来说，你会发现相对于你的肩膀，你无论从何种角度都无法移动它；这是因为接头的几何学特性决定了胳膊只能局限于特定方向。而我们也很想知道RNA 是不是也同样如此？” 为验证这一假设，研究者通过研究RNA结构数据库发现，所有连接两个螺旋这样的RNA分子的特定类型接头（被称作三核苷酸突出）结构都沿着同样的路径排列。 研究小组接着探讨具有其他类型接头的RNA分子结构是否也如此。结果发现，所有的RNA分子结构都局限在相似的路径，但是一个已知RNA的精确路径却依赖于接头的结构特点。正如人体的肩、肘、髋部和膝部的解剖特征界定人体的胳膊和腿运动范围，RNA的接头特性决定了它的螺旋运动。 接下来，研究人员想知道药物分子是如何使RNA分子保持在特定状态。在早期对反式激活反应区域（TAR，HIV病毒复制的必需分子，抗HIV 药物的作用靶点之一）这个RNA分子的研究中，研究人员已经发现，某些药物分子使该RNA分子呈直线型构象，而另一些药物分子却使RNA分子呈弯曲构象，还有一些药物使RNA 分子构象介于两者之间。但由于该课题涉及的药物分子种类繁多，所以很难解释为何某种分子更易保持某种特定构象。 为了更系统的探讨这一问题，研究小组利用氨基糖苷类系列抗生素（靶定RNA）来开展研究。这些氨基糖苷类的电荷，大小和其他化学性质均各不相同。结果发现，药物分子的大小起关键作用。大些的氨基糖苷更易使RNA分子呈弯曲构象，小些的分子则更利于RNA分子呈直线型构象。研究人员进一步研究发现，氨基糖苷分子呈楔子样处在两个螺旋结构之间，使两个螺旋结构不得不分开。针对与小分子药物结合的RNA分子的研究也发现，这一法则不只对TAR分子有效，也是其他小分子和RNA分子相互作用时的一个普遍规则。 研究人员表示，有了这些研究结果，现在应该可以只根据RNA分子的二级结构就能预测RNA的3D构型的大体特点。由于某些RNA结构的3-D构象太大或过于复杂，因此用X射线晶体衍射和核磁共振光谱等实验技术观察不到。而新发现的这一规则将有可能使人们重新认识RNA结构的3–D构象。这一规则还为有利于合理掌握RNA的结构从而控制其活性，利用RNA 分子设计小分子药物，以及设计可根据使用者指定的方式而改变结构的RNA 传感器等。 |
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