- 2 次围观
核糖开关通过响应配体结合调控基因表达，重塑其二级结构以终止转录或阻断翻译。这种内在的开关机制促使人们尝试将核糖开关重新用于合成调控元件。尽管前景可观，将核糖开关的响应调节至新的配体和功能已被证明十分困难。核糖体和 RNase P 等大型 RNA 通过三级接触的对接与解对接展现出另一种开关模式。这些转变深埋于这些分子机器内部，且缺乏可将其分离研究的最小系统。为克服这一局限，我们构建了一个最小的三维结构配体诱导开关。我们以一个先前设计的纳米结构为起点，该结构包含 ATP 适配体以及一个 tetraloop/tetraloop receptor（TL/TLR）三级接触。对两种连接基序——一个 kink-turn 和一个 4-1 junction——的 3,375 个突变体进行 DMS-MaPseq 筛选，鉴定出 237 个变体，其中 AMP 结合使 TL/TLR 解对接，以及 120 个变体，其中 AMP 结合驱动其对接。该开关几乎完全源于 kink-turn 中保守的错配 G-A 碱基对的突变。将四个代表性构建体的 AMP 滴定结果拟合至联动平衡模型，得到跨越 3.7 kcal/mol 的耦联自由能；而在有无 AMP 条件下进行的镁离子滴定则独立证实了这些耦联，同时还揭示了在缺乏野生型耦联的突变体中存在一个三态对接途径。向 kink-turn 基序插入单个核苷酸即可在不重新设计二级结构的情况下调节耦联的符号和强度。因此，这一简单系统既可作为其他大型 RNA 机器中三级开关的模型平台，也可作为基于三级相互作用设计合成调控元件的基础。
核糖开关通过响应配体结合调控基因表达，并通过重塑其二级结构来终止转录或阻断翻译。这种内在的开关机制推动了将核糖开关改造为合成调控元件的努力。尽管前景可观，将核糖开关的响应调谐至新的配体和功能一直十分困难。诸如核糖体和 RNase P 等大型 RNA 通过三级接触的停靠与解离展现出一种替代性的开关模式。这些转变深埋于这些分子机器内部，目前尚无可将其孤立研究的最小系统。为克服这一限制，我们构建了一个最小化的三维结构配体诱导开关。我们以一个先前设计的纳米结构为起点，其中包含一个 ATP 适配体和一个四环/四环受体（TL/TLR）三级接触。对两种连接基序——一个折角转角（kink-turn）和一个 4-1 连接（junction）——的 3,375 个突变体进行 DMS-MaPseq 筛选，鉴定出 237 个变体，其中 AMP 结合使 TL/TLR 解离，以及 120 个变体，其中 AMP 结合促进其停靠。开关效应几乎完全源于折角转角中保守的错配 G-A 碱基对的突变。将四个代表性构建体的 AMP 滴定数据拟合至联动平衡模型，得到跨越 3.7 kcal/mol 的耦合自由能；在有无 AMP 条件下的镁离子滴定进一步独立验证了这些耦合，同时揭示了缺乏野生型耦合的突变体中存在三态停靠通路。在折角转角基序中插入单个核苷酸，可在不重新设计二级结构的情况下调节耦合的符号和强度。因此，这一简单系统既可作为其他大型 RNA 分子机器中三级开关的模型平台，也可作为基于三级相互作用设计合成调控元件的基础。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.09.743768v1?rss=1
🏷️ RNA三级结构 核糖开关 变构耦联 kink-turn DMS-MaPseq