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研究成果單分子水平揭示RNA折疊全過(guò)程
*次，研究人員在單分子水平上實(shí)時(shí)觀測(cè)了轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的RNA折疊。他們是如何做到的?
在一個(gè)隔音、溫度恒定、振動(dòng)控制的地下實(shí)驗(yàn)室，斯坦福大學(xué)的研究人員實(shí)時(shí)觀察了RNA的轉(zhuǎn)錄，注視著RNA新生單鏈變長(zhǎng)——一個(gè)核苷酸一個(gè)核苷酸——并折疊形成一個(gè)調(diào)控核糖體開(kāi)關(guān)（regulator riboswitch）。
“到目前為止，沒(méi)有人真正在單分子水平上看到過(guò)具功能性后果的RNA折疊。這是*次有人觀察它生成的過(guò)程，”論文的作者、斯坦福大學(xué)生物物理學(xué)家Steven Block說(shuō)。
為了完成這一壯舉，Block和同事們開(kāi)發(fā)了一種稱作光學(xué)鑷子的光學(xué)捕獲法，利用兩個(gè)玻璃珠以及兩束激光測(cè)量了轉(zhuǎn)錄過(guò)程。相比如計(jì)算機(jī)建模等傳統(tǒng)的非直接研究RNA折疊的方法，*變性形成的RNA或大量研究核糖體開(kāi)關(guān)的作用，新技術(shù)有所改進(jìn)。
在他們的光學(xué)鑷子方法中，一個(gè)玻璃珠被附著到一個(gè)RNA聚合酶分子上，分子連接著pbuE核糖體開(kāi)關(guān)的DNA模板。pbuE核糖體開(kāi)關(guān)可調(diào)控將腺嘌呤移出細(xì)胞的枯草桿菌基因的轉(zhuǎn)錄。另一個(gè)玻璃珠被附著到一個(gè)與轉(zhuǎn)錄RNA互補(bǔ)的部分解開(kāi)的DNA把手上，握住轉(zhuǎn)錄RNA。
像兩個(gè)牽引光束，光子流施加輕微的力到玻璃珠上，將它們固定在位置上，使得研究人員能夠拖拉RNA分子，當(dāng)它在亞納米長(zhǎng)度上延伸和折疊時(shí)測(cè)量RNA鏈。利用散射激光和計(jì)算機(jī)傳感器，他們?cè)?/span>Block的電腦上地觀測(cè)到了RNA的延伸。
“因?yàn)?/span>RNA一次生成一個(gè)核苷酸，也許形成了中間產(chǎn)物這一不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它并不存在于zui終形式中。這些結(jié)構(gòu)具有重要的功能性結(jié)果，”Block說(shuō)。
在這種情況下，隨著核糖體開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)錄，它開(kāi)始折疊成一個(gè)適配體（aptamer）。這一適配體是不穩(wěn)定的，它快速形成了一個(gè)終止序列停止基因轉(zhuǎn)錄。但如果存在大量的腺嘌呤，腺嘌呤結(jié)合適配體。這可以暫時(shí)穩(wěn)定適配體，防止終止子形成，使得基因其余部分繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，生成一種蛋白zui終將腺嘌呤運(yùn)送出細(xì)胞。
在這項(xiàng)工作中，Block和同事們發(fā)現(xiàn)這種適配體構(gòu)象僅維持了數(shù)秒，相比終止子序列適配體的穩(wěn)定性要差100億倍。這一時(shí)間只是剛剛夠轉(zhuǎn)錄pbuE基因，適配體很快重新裝配成一個(gè)終止子。沒(méi)有實(shí)時(shí)單分子成像，科學(xué)家們永遠(yuǎn)不能看到這一適配體或是了解它調(diào)控基因的機(jī)制。
現(xiàn)在，Block計(jì)劃繼續(xù)利用這一技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)研究不同的腺嘌呤核糖體開(kāi)關(guān)以及其他一些小分子的移動(dòng)和折疊。“了解RNA如何折疊對(duì)于了解分子生物學(xué)是至關(guān)重要的。RNA有可能是*個(gè)編碼分子：它可以折疊和生成酶，它具有催化活性它能夠控制基因，”Block說(shuō)。
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