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近日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊 Nature 發(fā)表了一項(xiàng)來自結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的重要研究 —— Naturally ornate RNA-only complexes revealed by cryo-EM。該研究首次利用冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）解析了三種天然存在的大型復(fù)雜RNA的三維結(jié)構(gòu)，揭示了無需蛋白參與即可形成精巧四級(jí)結(jié)構(gòu)的RNA復(fù)合體，為我們理解RNA的結(jié)構(gòu)與功能提供了全新視角。

研究背景

RNA不僅是遺傳信息的載體，更在催化、生物調(diào)控等多種細(xì)胞過程扮演重要角色。然而，與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相比，天然RNA的高分辨率結(jié)構(gòu)仍然稀缺，尤其是那些規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的RNA分子，其空間構(gòu)象一直是未知領(lǐng)域。這一研究填補(bǔ)了該領(lǐng)域的重要空白。

主要發(fā)現(xiàn)

研究團(tuán)隊(duì)解析了三種大型RNA復(fù)合物：

• GOLLD RNA（Giant, Ornate, Lake- and Lactobacillales-Derived）

• ROOL RNA（Rumen-Originating, Ornate, Large）

• OLE RNA（Ornate Large Extremophilic）

三者均可在無蛋白條件下形成高度穩(wěn)定的同源寡聚體：

• OLE RNA 組裝成二聚體結(jié)構(gòu)，由貫穿兩個(gè)單體的長(zhǎng)同軸雙螺旋連接。

• GOLLD RNA 與 ROOL RNA 則構(gòu)建出直徑超過核糖體的純RNA納米“籠”結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為空，僅保留無序環(huán)區(qū)。

• 這些復(fù)合物通過A-minor相互作用、kissing loop結(jié)構(gòu)、少見的A–A螺旋等多種分子內(nèi)/分子間作用力穩(wěn)定。

生物學(xué)意義

序列共變分析顯示，這些RNA的分子間相互作用在進(jìn)化過程中高度保守，提示這種無需蛋白輔助的大型RNA四級(jí)結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)具有重要功能。這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了我們對(duì)RNA結(jié)構(gòu)生物學(xué)的理解，也為合成生物學(xué)和納米生物技術(shù)提供了潛在的設(shè)計(jì)藍(lán)圖。

行業(yè)影響與應(yīng)用前景

• 基礎(chǔ)研究層面：該成果為探索天然RNA的多樣化功能和分子裝配機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)依據(jù)。

• 合成生物與納米技術(shù)：純RNA納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)新型核酸藥物載體、RNA納米材料提供了全新思路。

• 核苷酸產(chǎn)業(yè)啟示：對(duì)RNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的深入理解，有助于推動(dòng)RNA藥物、mRNA疫苗以及RNA分子探針的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從原料核苷酸的選擇到修飾策略均可能受益。

此次研究充分體現(xiàn)了前沿結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)（如Cryo-EM）在揭示復(fù)雜生物大分子結(jié)構(gòu)中的獨(dú)特價(jià)值，也為核苷酸領(lǐng)域的企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)提供了值得關(guān)注的新方向。

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