核磁共振（NMR）和分子动力学研究显示，RNA中的内部环结构GAGU具有动态性，且相邻的碱基对决定了其构象偏好

《Biophysical Journal》：NMR and molecular dynamics demonstrate the RNA internal loop GAGU is dynamic and adjacent base pairs determine conformational preference

RNA内部环构象研究表明，C-G、A-U和U-A侧链替换导致构象偏好变化，NMR显示构象II占主导，MD模拟证实C-G和A-U侧链存在构象II-III转换但稳定于II，U-A侧链25%结构介于两者之间，G4/G4*保持合成构象，G6/G6*在C-G和A-U侧链间切换。

　　

摘要

本研究通过核磁共振光谱（NMR）和全原子分子动力学模拟（MD）探讨了含有5’GAGU/3’UGAG内部环的RNA双链的构象变异性。先前研究发现，5’GACGAGUGUCA/3’ACUGUGAGCAG中的CG侧翼内部环主要存在于构象I中，其特征为U7和U7^?向溶液中凸起，A5和A5^?发生堆叠，以及G4-G6^?和G6-G4^?碱基对封闭该环。还存在另一种构象II，其中G-U碱基对具有分叉的氢键，而A-G碱基对仅具有单一氢键。NMR和MD均未观察到具有摆动G-U碱基对和双氢键A-G碱基对的构象III。在本研究中，将GAGU内部环相邻的C-G碱基对替换为A-U、U-A和G-C碱基对。NMR结果显示，构象偏好会因侧翼碱基对的不同而发生变化。对于C-G侧翼和U-A侧翼的双链分子，MD结构聚类分析显示构象II和构象III之间存在转换，尽管模拟起始时处于构象III；此外，U-A侧翼的模拟中有25%的结构处于构象II和构象III之间的中间状态。A-U侧翼和G-C侧翼的结构均属于同一个簇，且该簇的构象中心为构象II。MD结果显示构象II占主导地位，这与NMR关于C-G碱基对封闭方式的结论一致，但与其他研究结果存在差异。从构象I开始的MD模拟并未转变为构象II或构象III；对于所有侧翼碱基对，结构均集中在同一个簇中，唯有G-C侧翼的模拟中，22%的结构表现为G4和G4^?的C3’末端糖环发生内陷。对于所有侧翼碱基对，G4和G4^?碱基在糖苷键周围保持顺式构象；而在C-G侧翼和A-U侧翼的模拟中，G6和G6^?碱基在顺式和反式构象之间转换，这与NMR结果一致。