PNAS：使用压力来理解RNA动力学

　　就像太空中蕴藏着无限的奥秘一样，当我们放大到生物分子的水平(比一米小1万亿倍)时，仍然有很多东西需要学习。伦斯勒理工学院的Catherine Royer是雪莉·安·杰克逊生物技术和跨学科研究(CBIS)博士中心的生物信息学和生物计算的座席教授，也是生物科学教授，致力于理解生物分子的构象景观以及它们如何调节细胞功能。当生物分子接受某种输入时，它可以导致原子重新排列和生物分子改变形状。这种形状的变化会影响它们在细胞中的功能，因此了解构象动力学对药物开发至关重要。

　　

就像太空中蕴藏着无限的奥秘一样，当我们放大到生物分子的水平(比一米小1万亿倍)时，仍然有很多东西需要学习。

伦斯勒理工学院的Catherine Royer是生物技术和跨学科研究(CBIS)博士中心的生物信息学和生物计算的座席教授，也是生物科学教授，致力于理解生物分子的构象景观以及它们如何调节细胞功能。当生物分子接受某种输入时，它可以导致原子重新排列和生物分子改变形状。这种形状的变化会影响它们在细胞中的功能，因此了解构象动力学对药物开发至关重要。

在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，Royer和她的团队研究了高压力下人类转移核糖核酸(tRNA)的构象动力学。高压导致tRNA激发态的数量增加，而tRNA激发态通常存在于非常低的水平，从而使人们对tRNA的功能有了新的认识。

Royer说，“我们对观察激发态很感兴趣，因为它们导致的构象超出了x射线晶体学、核磁共振(NMR)或电子显微镜可以确定的构象，我们开始了解到，生物分子结构比以前想象的要多得多，为了开发治疗方法，我们需要了解这些状态是什么样子的。”

在这项研究中，Royer用了人类tRNA，而不是她通常研究的蛋白质。Royer说:“在大RNA分子的激发态上还没有太多的研究，所以这就是这项研究的独特之处。”

Royer和他的团队了解到，激发态不仅在trna从信使RNA翻译蛋白质的正常功能中起作用，而且可能在HIV感染中也起作用。全世界每年约有150万人感染艾滋病毒。

“核磁共振显示，在这些激发态下，将tRNA连接在一起的氢键被削弱了。我们在CHESS进行的高压下的小角度x射线散射显示，tRNA的形状在这些激发态下发生了变化。被压力改变的区域也恰好是在感染期间被艾滋病毒劫持的区域。”CHESS，即康奈尔高能同步加速器源，是最先进的同步加速器辐射设备，也是美国唯一一个能够对生物分子进行高压小角度x射线散射(SAXS)测量的设备。

Royer和她的团队推测，他们在压力下观察到的tRNA的激发态结构可能被入侵的病毒RNA利用来启动HIV的逆转录。这一过程与病毒的传染性有关。

“Royer博士和她的团队的研究可能会促进我们对艾滋病毒传播方式的理解。此外，地球上超过80%的微生物生物量存在于高压下。了解生物分子序列如何适应高压环境，将为生物技术开发更坚固、更活跃的生物分子提供新方法。”

“这是高压结构生物学的一个激动人心的时刻，一段时间以来，人们已经知道生物分子在极端压力下会做出有趣的事情，但是，直到最近，高压核磁共振和SAXS等技术才被一般研究界所采用。现在，我们可以开始看到压力在分子细节上的作用，包括生物医学在内的多个科学领域都有很多兴趣。”

与Royer一起参与研究的还有Jinqiu Wang、Tejaswi Koduru、Balasubramanian Harish、Scott A. McCallum、Karishma S. Patel、Edgar V. Peters和Rensselaer的George Makhatadze;斯坦福大学的Kevin P. Larsen、elisabeth V. Puglisi和Joseph D. Puglisi;和Gillilan。

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Pressure pushes tRNALys3 into excited conformational states