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    我国学者在发展X射线散射干涉技术应用于长链RNA研究中取得进展

    日期 2020-09-29   来源:数理科学部   作者:李会红 章志明 金亮  【 】   【打印】   【关闭

    图. 基于拓展遗传密码体系的长链RNA位点特异性金纳米颗粒标记新技术(A-B)及X射线散射干涉技术在长链RNA中的应用(C)

      在818棋牌官网项目(批准号:U1832215)的资助下,清华大学方显杨研究员团队在发展长链RNA位点特异性标记纳米颗粒新方法及拓展X射线散射干涉技术应用于长链RNA研究中取得进展。相关研究成果以“基于拓宽遗传密码转录的长链RNA位点特异性共价标记纳米颗粒技术(Site-specific covalent labeling of large RNAs with nanoparticles empowered by expanded genetic alphabet transcription)”为题,于2020年8月31日发表在《美国科学院院报》(PNAS)杂志上。论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2005217117。

      RNA的结构-功能研究是结构生物学的前沿热点和难点。由于RNA自身的柔性和分子量限制,应用传统的结构生物学方法包括X射线晶体学、核磁共振和冷冻电镜技术来研究非常困难,目前RNA的三维空间结构信息还非常少。为研究RNA的结构,可通过向RNA分子中位点特异性引入一些探针或标记物,借助X射线散射干涉等新的研究手段,发展RNA的整合结构生物学研究方案。X射线散射干涉(XSI)是基于小角X射线散射技术(SAXS)的一种新分子标尺,通过向生物大分子位点特异性标记上单个或成对的金纳米颗粒,可提供20-400埃范围内的位点特异性距离信息,因而在生物大分子的结构与动态特性研究中具有极大潜力。目前蛋白质和DNA的位点特异性标记已有多种技术方案,而RNA的位点特异性标记主要是通过固相化学合成实现的,这一方案通常对长度小于100个核苷酸的RNA适用,当前XSI的应用主要局限在短链RNA,而长链RNA的位点特异性标记具有很大的挑战性。

      为突破位点特异性标记RNA分子量限制的瓶颈,推广XSI在长链RNA结构研究中的应用,发展RNA整合结构生物学方案,该项研究利用包含NaM-TPT3非天然碱基核苷酸对的拓展遗传密码体系,通过化学合成碱基带有氨基修饰的TPT3(rTPT3A)(图A),经过PCR和体外转录反应,在RNA中位点特异性的引入TPT3A,进一步利用NHS-氨基化学反应的高选择性,通过与氨酰基修饰的金纳米颗粒反应,建立了长链RNA位点特异性金纳米颗粒标记的策略(图B)。应用上述标记策略,成功实现了对来源于登革病毒的位于其基因组RNA3’非翻译区长度为97个核苷酸的3’SL元件和长度为719个核苷酸DENV-Mini RNA元件的位点特异性金纳米颗粒的标记,并应用XSI分子标尺测定了标记位点间的距离(图C)。

      该标记策略突破了此前RNA位点特异性标记在分子量上的限制,将拓展X射线散射干涉技术在长链RNA研究中的应用。