Nature Methods ：RNA分子快速冷冻电镜结构解析方法学术资讯

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许多RNA分子可以折叠成复杂的三维结构，并具备基本的生物功能，包括调节基因的表达，感知小分子和催化反应的进行。这些生物学功能的实现往往不需要其他蛋白的帮助【1，2】。人类基因组的80%会被转录为RNA，而只有1.5%编码了蛋白质【3，4】。Protein Data Bank里面只有不到1500个RNA结构，而蛋白结构约有147000个。对RNA结构的了解可以增加我们对RNA序列-功能关系的理解，辅助功能性RNA分子的设计。然而，RNA分子构象的异质性太大，特别是在缺乏蛋白因子的情况下，传统技术如X射线晶体学和核磁共振难以用于确定RNA的结构。
单颗粒冷冻电镜的发展使人们可以确定大分子量的蛋白质-RNA复合体的结构。但是，不包含蛋白质的RNA分子通常太小，且构象不均一，难以使用单颗粒冷冻电镜来分析它们的结构。迄今为止，冷冻电镜只解析了一个无蛋白RNA分子的结构：分辨率为9 Å的HIV-1的dimerization initiation signal（DIS），而且还需要核磁共振的辅助【5】。
近日，美国斯坦福大学的Wah Chiu和Rhiju Das课题组在Nature Methods发表了题为Accelerated cryo-EM-guided determination of three-dimensional RNA-only structures 的论文，开发出用冷冻电镜快速测定RNA结构的流程，命名为Ribosolve。

Ribosolve的流程整合了冷冻电镜、生化方法M2-seq（mutate-and-map sequencing）和计算机建模工具DRRAFTER来解析RNA的结构。整个流程大大节约了人力物力，研究人员得以在相对短的时间内（几个月）解析了11个RNA结构，长度为60到400 nt，包括一些核糖开关（riboswitch）、核酶（ribozyme）和人工合成的RNA结构（图1和2）。尽管没有达到原子级别的分辨率，Ribosolve已经可以展现出分辨率为4.7到10 Å的RNA分子整体的三维结构。通过Ribosolve，研究人员可以分析RNA与其他因子结合引起的构象变化，并验证RNA结构预测的准确性。

图1. 部分RNA分子的冷冻电镜

图2. 用Ribosolve解析的部分RNA结构（每个RNA螺旋都用不同的颜色标记，非螺旋区域标记为灰色。）
Rosetta auto-DRRAFTER的使用大大缩短了建立模型的时间，提高了Ribosolve方法的准确度。这些RNA结构的解析为研究它们的功能提供了新的见解。比如，hc16 ligase向右上突出的臂赋予了它额外的催化功能。这些工作为今后类似的RNA结构研究提供了新的指导。

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