开拓——RiboSolve快速解析RNA分子冷冻电镜结构学术资讯

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RNA是“中心法则”中重要的生物大分子，广泛存在于生命体中。绝大多数RNA被预测通过折叠成三维结构来维持其稳定性并行使重要功能，包括感知小分子，参与催化反应，调节基因表达等。虽然目前已知的RNA数量有很多，比如在人体内RNA的数量超过10万，而在所有的生命系统和病毒中可能有1010个不同的RNA分子。然而，目前在PDB中解析的RNA结构数量仅有约1400个，主要是通过X-ray晶体学和核磁共振得到。冷冻电镜这些年发展迅速，已成为结构生物学领域里的重要技术。然而利用冷冻电镜单颗粒重构解析纯RNA结构发展相对缓慢，在很长一段时间里，EMDB中分辨率高于10 Å的纯RNA冷冻电镜结构不到5个。

2020年 7月3日，Nature Methods杂志在线刊发了斯坦福大学Wah Chiu课题组与Rhiju Das课题组合作的论文，题为Accelerated cryo-EM-guided determination of three-dimensional RNA-only structures 。Ribosolve解决了长久以来RNA分子解析的难题，快速准确地获得了高分辨率的RNA分子结构。为此，Nature Methods发表了点评，是一个突破性的新方法。

该研究基于冷冻电镜单颗粒重构技术，结合M2-seq和auto-DRRAFTER，解析了11个之前未知的RNA的结构，成功克服了运用冷冻电镜解析RNA结构的挑战。研究人员首先运用冷冻电镜解析了中等分辨率的RNA结构（4-10 Å），随后运用M2-seq方法，精确测定了RNA的二级结构。最后，运用专门用于RNA原子模型搭建的auto-DRRAFTER软件进行建模。这种基于冷冻电镜并结合多种技术解析RNA结构的方法被称为“Ribosolve”。在不到一年的时间内研究人员解析了11个RNA的结构，这就为加速RNA结构的测定提供了一定的基础，也打破了长期以来，RNA的结构只由X-ray晶体学或核磁共振学技术解析的限制。

该文第一作者分别为Rhiju Das课题组的Kalli Kappel博士，Wah Chiu课题组的张凯铭博士和苏昭铭博士。据悉，Wah Chiu课题组已从事利用冷冻电镜解析RNA结构已有近10年，经历了前期艰难的探索，于近几年逐渐取得了多个成就。包括在2018年解析了9 Å分辨率的30 kDa HIV-1 DIS结构【1】(Zhang et al., 2018) ，2019年解析了3.7 Å分辨率的40 kDa SAM-IV riboswitch的结构【2】(Zhang et al., 2019) ，以及解析了T-box riboswitch, RNA-X等结构的工作【3，4】(Guo et al., 2020; Li et al., 2019) 。本篇文章中“Ribosolve”方法的建立，势必会鼓励更多的RNA结构生物学家尝试利用冷冻电镜来解析RNA结构，将会带动整个RNA领域的发展。

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