细菌如何打开核糖开关？

add腺嘌呤核糖开关是根据腺嘌呤的存在与否来改变基因表达。在近期一项发表于《RNA》上的研究中，研究人员利用分子动力学模拟，来研究腺嘌呤存在或不存在时P1 stem形成的热力学，为P1 stem的配体诱导稳定提供了原子细节及自由能估算。

　　

细菌利用一系列基于RNA的机制来控制基因表达，包括核糖开关（riboswitch）。这些调控元件位于mRNA的非编码区，主要分为2个结构域：适体结构域（AD）和表达结构域（EPD）。AD与代谢产物结合后，导致自身的构象发生变化，而表达平台将构象变化转化为基因表达的变化。由于核糖开关控制对细菌生存很关键的基因，故它们也成为新型抗生素的潜在目标。

add腺嘌呤核糖开关是根据腺嘌呤的存在与否来改变基因表达。当腺嘌呤不存在时，核糖体结合位点和起始密码子与适体的一部分结合，阻止翻译。当腺嘌呤存在时，适体中的P1 stem结构变得更加稳定，导致mRNA翻译。然而，对于腺嘌呤在稳定适体中的具体作用，目前还不是很清楚。

在近期一项发表于《RNA》上的研究中，研究人员利用分子动力学模拟，来研究腺嘌呤存在或不存在时P1 stem形成的热力学，为P1 stem的配体诱导稳定提供了原子细节及自由能估算。

文章的通讯作者，意大利国际高等研究院（SISSA）的Giovanni Bussi谈道：“因配体结合而引起的结构变化已在一定程度上鉴定，但是目前很难从实验中了解腺嘌呤在稳定适体上的确切作用。这促使我们开展分子模拟。”

Bussi及其同事发现，P1与配体的直接相互作用只在构象转换中起到相对次要的作用。“这是个令人吃惊的结果，腺嘌呤在整个适体的重排中起作用，不仅仅是与表达平台相互作用的部分，还直接参与了控制基因表达。这意味着适体比我们当初预计的更为复杂，需要从整体上来考虑，才能了解配体结合的影响，”Bussi谈道。

研究人员还将他们的结果与单分子实验的结果以及熔解实验的热力学数据进行了比较。他们认为，结果的一致验证了他们所使用的技术，并为适体-配体相互作用的新型计算研究铺平道路。Bussi表示：“我们能够提供一部清晰的分子电影，描绘适体在配体存在或不存在时会做什么，而这很难从实验中获得。”

展望未来，Bussi和他的团队计划在模拟中纳入更多实验信息，以提高结果的准确性。除了研究配体与适体的直接相互作用，他们还在开发新的计算技术，以便为核糖开关的稳定提供一个完整的模型。

Bussi认为：“这一机制的详细了解将有助于人工分子的合理设计，此分子可骗过核糖开关，阻碍其控制基因表达的能力。由于核糖开关普遍存在于细菌中，这项研究的长期目标是设计出有效的抗菌药物。”（生物通 薄荷）

原文检索

Ligand-induced stabilization of the aptamer terminal helix in the add adenine riboswitch

RNA. 2013 Nov;19(11):1517-24. doi: 10.1261/rna.040493.113