RNA是生物體必需的生物大分子，參與生命活動(dòng)的諸多過(guò)程，RNA的結(jié)構(gòu)與其功能密切相關(guān)。然而，RNA分子結(jié)構(gòu)柔性大、帶負(fù)電荷多，單晶生長(zhǎng)較困難，因此制約著X-ray 晶體衍射方法解析RNA結(jié)構(gòu)的進(jìn)展。目前絕大多數(shù)RNA的結(jié)構(gòu)仍然未知。因此探索新的RNA結(jié)構(gòu)解析方法有重要的研究意義。

近年來(lái)，國(guó)際上涌現(xiàn)出一系列針對(duì)RNA結(jié)構(gòu)研究的固體核磁共振新技術(shù)，可以在相對(duì)容易生長(zhǎng)的微晶或納米級(jí)別晶體條件下研究RNA的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)。然而，已有的基于¹³C或¹⁵N檢測(cè)的RNA固體核磁共振研究技術(shù)，受到靈敏度低、長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)約束信息難以獲得等因素的限制。

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我們做了什么？

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        近日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、北京核磁共振中心王申林研究員課題組首次建立了基于¹H檢測(cè)的、微晶RNA結(jié)構(gòu)分析的固體核磁共振方法。在該工作中，作者結(jié)合了PAR（Proton assisted recoupling）傳遞機(jī)制和快速魔角旋轉(zhuǎn)條件下的¹H直接檢測(cè)技術(shù)，建立了2D hCN(PAR)NH 固體核磁共振實(shí)驗(yàn)，并成功實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)微晶RNA中Watson-Crick堿基互補(bǔ)配對(duì)形成的NH…N氫鍵這一目標(biāo)。此方法比已有的RNA固體核磁共振方法，靈敏度和分辨率均明顯提高。結(jié)合同位素稀釋技術(shù)，2D hCN(PAR)NH 固體核磁共振實(shí)驗(yàn)被應(yīng)用于區(qū)分二聚體RNA的kissing-loop和extended duplex結(jié)構(gòu)。

        課題以HIV病毒中的二聚體引發(fā)位點(diǎn)為模型進(jìn)行研究。HIV為逆轉(zhuǎn)錄病毒，其遺傳物質(zhì)是RNA。HIV病毒RNA的5''端通常存在一段高度自互補(bǔ)序列，該序列是逆轉(zhuǎn)錄病毒的二聚體引發(fā)位點(diǎn)（Dimerization initiation site）。在逆轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制過(guò)程中，該區(qū)域首先二聚，形成kissing-loop RNA結(jié)構(gòu)，再在酶催化的條件下形成extended duplex 結(jié)構(gòu)。二聚化是HIV病毒復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄、衣殼化等生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，對(duì)于維持逆轉(zhuǎn)錄病毒的活力具有重要意義，同時(shí)也是潛在的抗病毒藥物設(shè)計(jì)靶點(diǎn)。對(duì)病毒RNA二聚體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，尤其是區(qū)分kissing-loop和extended duplex這兩種RNA二聚體構(gòu)象，將有助于準(zhǔn)確判斷逆轉(zhuǎn)錄病毒所處的生命周期，為合理的藥物設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在此課題的實(shí)驗(yàn)條件下，HIV毒病二聚引發(fā)位點(diǎn)在微晶中形成kissing-loop結(jié)構(gòu)。

意義

此工作是我國(guó)首例運(yùn)用固體核磁共振進(jìn)行RNA研究的成功案例，研究中采用的基于PAR機(jī)制的RNA結(jié)構(gòu)分析方法為國(guó)際首創(chuàng)。此工作也是繼德國(guó)Ramadurai Ramachandran課題組、德國(guó)Teresa Carlomagno課題組、美國(guó)Gary P. Drobny課題組之后，RNA固體核磁研究領(lǐng)域的又一重要突破，為深入研究其他未知結(jié)構(gòu)的RNA提供了新的思路和新的技術(shù)方法。