作者：甘曉,李賀 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

“看”得更清！RNA結(jié)構(gòu)解析新技術(shù)孕育新發(fā)現(xiàn)

“結(jié)構(gòu)決定功能”是物質(zhì)科學(xué)界的基本共識(shí)。目前，非編碼RNA的結(jié)構(gòu)解析難題是開(kāi)展其調(diào)控功能和作用機(jī)制研究的一大瓶頸。

與編碼蛋白質(zhì)的信使RNA（mRNA）不同，非編碼RNA往往需要先形成二級(jí)結(jié)構(gòu)，并在RNA結(jié)合蛋白的幫助下折疊成更為復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而與其他RNA分子相互作用以發(fā)揮生物學(xué)調(diào)控功能。因此，解析非編碼RNA的結(jié)構(gòu)和作用靶標(biāo)是理解其功能機(jī)制的關(guān)鍵。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，在國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“基因信息傳遞過(guò)程中非編碼RNA的調(diào)控作用機(jī)制”支持下，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究員薛愿超帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在RNA結(jié)構(gòu)解析及RNA-蛋白質(zhì)相互作用等方面取得了多項(xiàng)重要成果。

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Alu序列介導(dǎo)增強(qiáng)子-啟動(dòng)子RNA配對(duì)和轉(zhuǎn)錄激活示意圖（科研團(tuán)隊(duì)供圖）

科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了RNA原位構(gòu)象測(cè)序技術(shù)“RIC-seq”。以該技術(shù)為主要手段，他們首次全景式解析了非編碼RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)、作用靶標(biāo)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。該原創(chuàng)技術(shù)獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，并已成功進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)展了capture RIC-seq、vRIC-seq等一系列新技術(shù)和新方法，用于解析特定RNA結(jié)合蛋白所介導(dǎo)的RNA構(gòu)象。

新技術(shù)會(huì)帶來(lái)新發(fā)現(xiàn)和新理論。科研團(tuán)隊(duì)利用創(chuàng)建的RIC-seq技術(shù)，首次發(fā)現(xiàn)DNA上可與蛋白質(zhì)結(jié)合的“增強(qiáng)子”和“啟動(dòng)子”區(qū)域產(chǎn)生的非編碼RNA相互作用，并利用這樣的相互作用準(zhǔn)確識(shí)別出哪一個(gè)“增強(qiáng)子”調(diào)節(jié)哪一個(gè)“啟動(dòng)子”。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)子-啟動(dòng)子RNA配對(duì)和轉(zhuǎn)錄激活由大多數(shù)哺乳動(dòng)物DNA中都存在的“Alu序列”介導(dǎo)。這革新了Alu序列“無(wú)用”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

這兩項(xiàng)研究成果先后于2020年、2023年發(fā)表于《自然》。

非編碼RNA往往與RNA結(jié)合蛋白相互作用以形成復(fù)雜的高級(jí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)揮調(diào)控功能。在RNA-蛋白質(zhì)互作位點(diǎn)鑒定方面，科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了LACE-seq方法，通過(guò)線性擴(kuò)增逆轉(zhuǎn)錄酶在RNA結(jié)合蛋白（RBP）結(jié)合位點(diǎn)處的終止信號(hào)，首次實(shí)現(xiàn)了在單堿基分辨率和單細(xì)胞層面精準(zhǔn)鑒定RBP的結(jié)合位點(diǎn)。

新冠疫情期間，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授張強(qiáng)鋒團(tuán)隊(duì)為了從RNA結(jié)構(gòu)的角度理解新冠病毒的復(fù)制和致病性，利用“icSHAPE”技術(shù)，繪制了細(xì)胞內(nèi)新冠病毒全基因組RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)模型，并利用開(kāi)發(fā)的PrismNet人工智能算法預(yù)測(cè)了42個(gè)可與病毒基因組RNA相互作用的宿主蛋白。

在此基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)了一些藥物可以通過(guò)抑制宿主RNA結(jié)合蛋白而影響病毒復(fù)制。這些研究工作為新冠防治提供了潛在的靶點(diǎn)和治療性藥物。

來(lái)源: 中國(guó)科學(xué)報(bào)

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