观看RNA如何“打开”和“关闭”

与电灯开关类似，RNA开关（称为Riboswitches）确定哪些基因“打开”和“关闭”。尽管这似乎是一个简单的过程，但这些开关的内部工作使生物学家几十年来混淆了。

现在，由西北大学和奥尔巴尼大学领导的研究人员发现，RNA的一部分顺利入侵并取代了同一RNA的另一部分，从而使结构能够快速并急剧改变形状。该机制称为“链位移”，似乎将遗传表达从“ ON”转换为“ OFF”。

使用他们去年推出的模拟，研究人员通过观察对核糖开关的慢动作模拟进行了近距离和行动，从而做出了这一发现。亲切地称为R2D2（“从数据中重建RNA动力学”的简短），新的模拟在三个维度上模拟了RNA，因为它与化合物结合，沿其长度进行通信并折叠以“ ON”或“ OFF”折叠。

这些发现可能对工程新的基于RNA的诊断并设计成功的药物以靶向RNA以治疗疾病。

该研究在A中描述今天发表的新论文（3月28日）在核酸研究（NAR）杂志上，该研究将研究指定为“突破性文章”。NAR储备在最高影响研究中回答了核酸研究中长期存在的问题的“突破性文章”。

“我们发现这种链位移机制发生在其他类型的RNA分子中，表明这可能是RNA折叠的潜在通用性，”西北航空公司说。朱利叶斯·B·勒克，共同领导研究。“我们开始发现不同类型的RNA分子之间的相似性，这最终可能导致RNA设计规则以折叠和功能。”

运气是西北部的化学与生物工程教授麦考密克工程学院和一个成员合成生物学中心和生命过程学院的化学。他与纽约阿尔巴尼大学化学副教授艾伦·陈（Alan Chen）共同领导了这项研究。

R2D2的“开创性方法”

尽管RNA折叠发生在人体中每秒超过10次四亿次（每次在细胞中表达基因时），研究人员对这一过程的了解很少。为了帮助可视化和理解神秘而关键的过程，运气和陈公开R2D2去年，在杂志上发表的论文中分子细胞。

R2D2采用了在Lucks的实验室中开发的技术平台，在制作RNA时捕获了与RNA折叠有关的数据。然后，它使用计算工具来挖掘和组织数据，揭示RNA折叠的点以及折叠后发生的情况。Lucks的前学生Angela Yu将这些数据输入到计算机模型中，以生成折叠过程的准确视频。

“What’s so groundbreaking about the R2D2 approach…is that it combines experimental data on RNA folding at the nucleotide level with predictive algorithms at the atomic level to simulate RNA folding in ultra-slow motion,” said Dr. Francis Collins, director of the National Institutes of Health, in他的2021年2月博客。“尽管其他计算机模拟已经可以使用数十年了，但他们缺乏此复杂折叠过程的急需的实验数据，以确认其数学建模。”

长途交流

尽管运气和陈的先前模拟可视化了一个名为SRP的古老RNA的折叠，但新电影模型是枯草芽孢杆菌的核糖开关，这是一种在土壤中发现的常见细菌。

Riboswitches有两个基本部分。一个部分与化合物结合。然后，根据化合物的结合方式，第二部分使RNA折叠成允许其控制基因表达的形状。尽管这两个部分在许多核糖开关中交织在一起并重叠，但枯草芽孢杆菌是不同的。

勒克斯说：“奇怪的是，它们被长距离隔开，但是结合的分子会引起巨大的功能变化。”“如果该化学物质在一端结合，那么如何向下游传达到RNA的另一端？这是一个谜。”

运气，Chen和他们的团队发现Riboswitch可能通过链排量机制在下游传达。为了响应化学结合，链交换过程触发了“ ON”和“ OFF”状态之间的结构切换。

优化药物RNA，诊断

有了这种新的理解，运气认为舞台是为了优化核糖开关以执行有用的任务。该开关可用于基于合成生物学的诊断，例如在存在环境污染物的情况下设计为“打开”。通过研究这种核糖开关，研究人员还将学习课程，这些课程可能导致新的方法来创建靶向RNA的药物或新的抗生素类。

勒克斯说：“许多疾病可能是由于RNA水平出现问题而引起的。”“我们对此了解得越多，我们就可以设计靶向药物和RNA疗法的RNA越好。”

参考：Cheng L，White EN，Brandt NL，Yu Am，Chen AA，Lucks JB。共转录RNA链交换是嘌呤感应转录核糖开关中基因调节机制的基础。核酸研究。2022：GKAC102。doi：10.1093/nar/gkac102。

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