冷冻电子显微镜研究RNA结构的进展  

Recent advances in RNA cryo-EM structure determination

作　　者：潘志凌 贾新宇 苏昭铭 PAN ZhiLing;JIA XinYu;SU ZhaoMing(The State Key Laboratory of Biotherapy,West China Hospital,Sichuan University,Chengdu 610041,China)

机构地区：[1]四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室,成都610041

出　　处：《中国科学：生命科学》2024年第8期1424-1438,共15页Scientia Sinica(Vitae)

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2022YFC2303700);国家自然科学基金(批准号:32222040)资助。

摘　　要：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.Ribonucleic acid (RNA) plays a pivotal role in the central dogma, carrying genetic information while being able to fold intocomplicated three-dimensional (3D) structures to regulate gene expression and to catalyze chemical reactions. The “RNA world”hypothesis proposes that RNA preceded DNA and proteins in the origin of life. However, our understanding of RNA 3D structuresremains sparse compared to proteins. This perspective highlights the recent advances in RNA structure determination using singleparticlecryo-electron microscopy (cryo-EM). We also compare the strengths and challenges of different structural biology methodsincluding cryo-EM, X-ray crystallography, and nuclear magnetic resonance for determining protein-free RNA structures. Weconclude by providing the prospective applications of RNA structure determination in basic science and translational research.

关 键 词：RNA三维结构 冷冻电镜单颗粒重构 RNA动态构象变化 RNA结构设计 靶向RNA分子 

分 类 号：Q522[生物学—生物化学]