RNA三维结构的测定:基于冷冻电子显微镜技术的新视角

RNA在人类生物学和疾病功能障碍中发挥重要作用.对于绝大多数RNA分子而言,复杂的高级结构是其发挥功能的先决条件.了解RNA的三维结构对于研究非编码RNA功能、致病机理以及开发靶向药物至关重要.然而,由于RNA的固有灵活性,实验测定其三维结构的难度较大.冷冻电子显微镜技术(冷冻电镜,cryo-EM)得益于探测器技术和软件算法的快速发展,且不受核磁共振对小分子量及X射线晶体学对结晶的要求所制约,近年来在其他结构分析方法中脱颖而出.本文概述近年来以冷冻电子显微镜技术为核心联用其他技术(如核磁共振、晶体学和理论建模等)解析RNA三维结构的研究进展,以促进RNA结构研究和RNA靶向药物设计的发展.

冷冻电子显微镜研究RNA结构的进展

核糖核酸(RNA)在生命的中心法则中扮演着承上启下的重要角色:它既携带遗传信息,又可以折叠成三维结构,在生命过程中发挥基因表达调控、催化化学反应等多种重要功能.例如,核糖体中的肽键生成反应完全由RNA催化完成.因此, RNA世界假说提出RNA早于DNA和蛋白质出现,作为生命起源的生物大分子.然而,相比于蛋白质,对RNA三维结构的研究还非常匮乏.在有限的RNA结构数据中,大部分是RNA与蛋白质的复合物(ribonucleoprotein, RNP).本文聚焦运用冷冻电子显微镜(冷冻电镜)对RNA三维结构与功能进行研究的最新进展,包括核酶、核糖开关和病毒因子等,阐明RNA结构研究的意义.同时比较了包括冷冻电镜、X射线晶体学、核磁共振等RNA结构解析方法的优势和挑战.最后展望该领域研究的基础和转化应用前景.