斯坦福新技术显示RNA分子二维结构

【字体: 时间:2010年09月03日 来源:生物通

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  斯坦福大学的科学家开发了一种新技术,将面包酵母的一种特异RNA输入iPhone软件看到它的二维结构。该论文发表在《Nature》杂志上。

  

    生物通报道  斯坦福大学的科学家开发了一种新技术,将面包酵母的一种特异RNA输入iPhone软件看到它的二维结构。

    这是科学家第一次实验获取细胞中成千上万个RNA分子构象的全图像,而由此获知RNA的结构远比以前想象的更复杂。
 
    “我们过去认为RNA是一条长而松散的单链分子,它的主要功能是将细胞DNA上的遗传信息传递给核糖体,”皮肤病学副教授Howard Chang博士说:“现在除了核苷酸序列,我们也知道了对功能起决定作用的分子结构。我们开始着手开发一种技术能够对细胞中所有的RNA结构作图。”

    该论文发表在《Nature》杂志上。霍华德休斯医学院研究所科学家Chang和以色列魏茨曼科学研究所Eran Segal是该研究的学术带头人。曾在魏茨曼科学研究所任职,斯坦福生物工程系博士后学者Michael Kertesz博士和斯坦福大学学生Yue Wan是该文的共同第一作者。

    多年来科学家认为RNA的功能就是将细胞核中DNA寡核苷酸序列传递给细胞质蛋白质合成“工厂”——核糖体。现在我们知道RNAs也能在基因调控和基因功能许多方面起调控作用。

    DNA是由互补配对的核苷酸链构成的双螺旋结构分子。与DNA相比, RNA更加“柔软”,它能够折叠形成茎环结构,RNA的茎环结构中的环上序列可与其他部位(通常是邻近部位)的序列碱基配对,形成类似“打结”的假结结构。斯坦福的研究人员通过一系列实验集中研究一种特异性RNA分子了解了它的结构,现在他们还在继续努力研究了解该RNA分子在细胞中的作用。

    近期深度测序技术的发展使得科学家能够对成百上千万的核苷酸片段同时进行测序分析。研究人员用结构特异性核酸酶(一种可识别切除单链核苷酸的特异序列,另一个种识别切除双链或成对的RNA序列)对酿酒酵母(一种面包酵母)中3000多个编码蛋白的RNA分子群进行处理。他们对片段进行了测序,然后将每个RNA分子的结构拼合在一起,这个过程他们称之为“RNA结构平行分析”(PARS).

    Chang说:”现在我们有可能能够更快更全面了解RNA的结构模型,并开始根据结构而不是序列对RNAs进行分类。

    他们鉴定的一些模型令人惊讶。研究者发现RNA编码特殊元件的区域与其他区域相比有更多的二级结构,有可能仅通过分析该特殊区域就能够鉴别一个RNA转录子的结构。此外,他们还发现相似结构的RNA分子具有相似的功能——有可能是结构决定了它们在细胞中的特异定位。

    面包酵母在任何时候都只有有限数目的RNA分子发挥作用,因此它成为了研究者最理想的生物体模型。科学家们计划很快对其他的生物体开展追踪,并将他们的分析扩展到不携带蛋白构建元件的调控RNAs上。

    Chang说:“目前还只是对于单一条件下RNAs的分析,我们将进一步了解在不同条件下RNA结构的改变。这是一个复杂的过程,我们的研究也才刚刚开始。”

(生物通:何嫱)

生物通原文出处推荐

Nature Volume: 467 , Pages: 103–107 Date published: (02 September 2010) doi:10.1038/nature09322

Genome-wide measurement of RNA secondary structure in yeast

Michael Kertesz,Yue Wan,Elad Mazor,John L. Rinn,Robert C. Nutter,

The structures of RNA molecules are often important for their function and regulation1, 2, 3, 4, 5, 6, yet there are no experimental techniques for genome-scale measurement of RNA structure. Here we describe a novel strategy termed parallel analysis of RNA structure (PARS), which is based on deep sequencing fragments of RNAs that were treated with structure-specific enzymes, thus providing simultaneous in vitro profiling of the secondary structure of thousands of RNA species at single nucleotide resolution. We apply PARS to profile the secondary structure of the messenger RNAs (mRNAs) of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae and obtain structural profiles for over 3,000 distinct transcripts. Analysis of these profiles reveals several RNA structural properties of yeast transcripts, including the existence of more secondary structure over coding regions compared with untranslated regions, a three-nucleotide periodicity of secondary structure across coding regions and an anti-correlation between the efficiency with which an mRNA is translated and the structure over its translation start site. PARS is readily applicable to other organisms and to profiling RNA structure in diverse conditions, thus enabling studies of the dynamics of secondary structure at a genomic scale.

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