通过单分子FRET技术揭示胍啶-III核糖开关的动态折叠过程：Mg2+辅助的预组织化及配体诱导的动力学捕获

《ACS Chemical Biology》：Dynamic Pathway of Guanidine-III Riboswitch Folding Revealed by Single-Molecule FRET: Mg2+-Assisted Preorganization and Ligand-Induced Kinetic Trapping

本研究通过单分子 F?rster 跃迁能量传递（smFRET）结合分子动力学模拟，解析了细菌中 guanidine-III 核糖开关的三种主要构象态（延伸态E、中间态I、假结态F）及其动态转换机制。发现 Mg2+ 离子通过降低构象反转速率（最高降低20倍）增强配体结合亲和力，而 guanidine 配体通过构象选择机制稳定活性态F，同时诱导契合机制主导E-F转换。该成果揭示了离子与配体协同调控细菌基因表达的动态路径。

　　

核糖开关是一种结构化的RNA元件，通过感知和结合小分子来调控基因表达。胍基III核糖开关是一种重要的细菌调控因子，能够响应胍的毒性，其发生精确的构象变化，但这些变化在动态和机制层面的研究还很不充分。在这项研究中，我们结合了单分子F?rster共振能量转移（smFRET）技术和分子动力学（MD）模拟，来阐明胍基III核糖开关如何在不同的构象状态之间转换。我们确定了三种主要构象：伸展态（E态）、部分折叠的紧凑态（I态）以及折叠的伪结结构（F态），这些构象在没有配体的情况下可以快速相互转换。Mg²⁺离子能够使构象平衡向I态和F态偏移，从而使反向转换速率降低多达20倍，并增强胍的结合亲和力。胍的结合进一步抑制了反向转换，主要通过构象选择机制将核糖开关固定在活性折叠态；对于E态到F态的转换，还观察到了额外的诱导契合效应。这项工作揭示了胍基III核糖开关整合离子信号和配体信号的动力学途径，支持了其在细菌基因调控中的作用。