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。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Science 8 January 2010: DOI: 10.1126/science.1181085
Topology Links RNA Secondary Structure with Global Conformation, Dynamics, and Adaptation
Maximillian H. Bailor, Xiaoyan Sun, Hashim M. Al-Hashimi*
Thermodynamic rules that link RNA sequences to secondary structure are well established, but the link between secondary structure and three-dimensional global conformation remains poorly understood. We constructed comprehensive three-dimensional maps depicting the orientation of A-form helices across RNA junctions in the Protein Data Bank and rationalized our findings with modeling and nuclear magnetic resonance spectroscopy. We show that the secondary structures of junctions encode readily computable topological constraints that accurately predict the three-dimensional orientation of helices across all two-way junctions. Our results suggest that RNA global conformation is largely defined by topological constraints encoded at the secondary structural level and that tertiary contacts and intermolecular interactions serve to stabilize specific conformers within the topologically allowed ensemble.
Department of Chemistry and Biophysics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.
