编辑推荐：
在 RNA 研究领域，核酶（ribozyme）的研究意义重大。为探究利用 S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）的核酶 SAMURI 的奥秘，研究人员开展其结构与催化活性研究。结果揭示了其晶体结构及催化机制，这为理解 RNA 催化反应提供新视角，推动相关领域发展。
在生命的微观世界里，RNA（核糖核酸）如同一位多才多艺的 “分子工匠”，不仅能够存储和传递遗传信息，还能通过折叠形成复杂的三维结构，发挥多样的功能。核酶作为一类特殊的结构化 RNA，更是掌握了催化化学反应的神奇本领，它们大多对自身或其他 RNA 进行修饰，在生物体内扮演着不可或缺的角色。
在众多核酶研究中，能够利用 S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）进行催化反应的核酶引起了科学家们的浓厚兴趣。SAM 作为一种重要的代谢物，在生物体内参与众多甲基转移反应，对维持生命活动的正常运转至关重要。然而，目前对于这类核酶的结构和催化机制，人们还知之甚少。这就如同在黑暗中摸索，虽然知道前方有宝藏，但却找不到开启宝藏之门的钥匙。为了填补这一知识空白，来自德国维尔茨堡大学（Julius - Maximilians - Universit?t Würzburg）的研究人员踏上了探索之旅。
研究人员将目光聚焦于核酶 SAMURI，深入研究其结构与催化活性。他们的研究成果发表在《Nature Chemical Biology》杂志上，为该领域带来了新的曙光。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。其中，X 射线晶体学技术是重中之重，通过该技术解析了 SAMURI 在催化后状态下的晶体结构，如同为核酶内部结构拍摄了一张高清 “照片”，让研究人员得以直观地观察其分子架构。此外，体外转录技术用于制备所需的 RNA，为后续实验提供材料基础；突变实验则像是一把 “分子手术刀”，通过对特定核苷酸位点进行突变，探究它们在催化过程中的作用；动力学实验能够实时监测催化反应的进程，了解反应速率等关键信息。
下面让我们深入了解一下研究的具体结果：
- SAMURI 的结晶与整体结构：研究人员在体外筛选出核酶 SAMURI，它能将 ProSeDMA 中的炔丙基转移到目标腺苷的 N3位置。通过对多种 RNA 构建体进行结晶筛选，最终确定 58 - nt 单分子 RNA 的结晶效果最佳。利用单波长反常散射（SAD）等技术解析晶体结构发现，SAMURI 晶体属于 P4 空间群，其催化核心折叠成四层结构，位于三螺旋连接（3HJ）的中心，与反应后的辅因子 SeDHA 结合在一起。
- SAMURI 活性位点的结构：58 - nt 的 SAMURI 构建体折叠成 3HJ，形成预期的 A - 型螺旋。活性位点由四层结构组成，各层通过 π - π 堆积相互作用稳定结构。辅因子层中，SeDHA 与 G9、U37 形成碱基三联体；反应层里，目标腺苷与 C11?G36 形成碱基三联体；稳定层包含两对 Watson - Crick 碱基对；底层由 C13?G33 和 G30 组成碱基三联体。此外，P1 和 P3 螺旋之间的扭结结构十分关键，它使目标位点 A52 靠近辅因子，两个水合镁离子则稳定了催化核心的结构，促进了炔丙基的转移。
- 体外实验对晶体结构的验证：通过在线探测实验发现，增加 ProSeDMA 浓度会影响核心核苷酸的切割带强度，表明这些核苷酸与辅因子存在相互作用。突变实验进一步验证了这一结论，如删除 A7 或改变 U12?A35 碱基对会影响催化活性，说明这些核苷酸在维持结构和促进反应中具有重要作用。
- 辅因子结构对 SAMURI 活性的影响：研究人员合成了十种 ProSeDMA 类似物，通过动力学实验研究它们对 SAMURI 活性的影响。结果发现，辅因子的甲硫氨酸酰胺尾部和核碱基的改变都会影响反应速率。例如，ProSeDAB 虽然结构有所改变，但反应效率与 ProSeDMA 相近；而缺乏 α - 氨基的 ProSeDBA 反应速率则大幅减慢。这表明核碱基的相互作用以及 α - 氨基与 U8 的相互作用对反应至关重要。
- SAMURI 与天然 SAM 核糖开关的结构比较：研究人员将 SAMURI 与天然 SAM 核糖开关进行结构比较，发现它们在辅因子结合口袋的结构上存在显著差异。天然 SAM 核糖开关通过特定结构避免自我甲基化，而 SAMURI 则利用 RNA 的扭结结构，使目标腺苷的 Na暴露于 SAM 的反应性甲基基团，从而实现甲基转移。同时，SAMURI 对甲硫氨酸单元的识别更为宽松，这为理解天然 RNA 与合成核酶的差异提供了重要线索。
综合研究结果，研究人员得出结论：SAMURI 的晶体结构揭示了其催化后状态下的 3HJ 结构，催化核心的四层结构通过 π - π 堆积相互作用稳定，非规范的三级相互作用基序也参与其中。镁离子对 SAMURI 的正确折叠和催化活性至关重要，其反应机制遵循 SN2 途径，但不涉及明显的金属离子或酸碱催化。此外，通过对辅因子结构的研究，发现了一些提高其化学稳定性的方法，为进一步开发 SAMURI 在细胞中的应用奠定了基础。
这项研究具有重要意义。它不仅揭示了 SAMURI 核酶的结构和催化机制，为理解 RNA 催化反应提供了新的视角，还为开发新型 RNA 催化剂开辟了道路。研究结果表明，RNA 可能具有比我们想象中更丰富的催化潜力，未来有望发现更多由 RNA 催化的反应，推动生命科学和健康医学领域的发展。
