核磁共振（NMR）和分子动力学研究表明，RNA内部的GAGU环结构具有动态性，且相邻的碱基对会决定其构象偏好

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

RNA双链GAGU内部环构象研究显示，C-G、U-A、A-U和G-C侧链配对通过NMR和MD模拟影响构象偏好。C-G侧链主要维持构象II（A5/A5* stacking，G4-G6*闭合），U-A侧链出现25%中间态构象，A-U和G-C侧链则集中于构象II。MD模拟显示G4-C3'内消旋糖构象仅见于G-C侧链，且G6-G6*糖苷键构象随侧链变化呈现反式/顺式转换。

　　

Olayinka Akinyemi|Scott D. Kennedy|James P. McSally|David H. Mathews

美国纽约州罗切斯特市罗切斯特大学医学中心RNA生物学中心及生物化学与生物物理学系

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）技术，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结构中的CG侧翼内部环主要存在一种构象（I），其特征为U7和U7^?向溶液中突出，A5和A5^?发生堆叠，以及G4-G6^?和G6-G4^?碱基对闭合该环。还存在另一种构象（II），其中G-U碱基对通过双氢键连接，而A-G碱基对通过单氢键连接。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结构聚类分析显示它们在构象II和构象III之间转换，尽管模拟起始时均为构象III；此外，U-A侧翼的双链中有25%的结构处于构象II和构象III的过渡状态。A-U侧翼和G-C侧翼的双链则集中在同一构象簇中，其构象为构象II。MD结果显示构象II比构象III更为常见，这与NMR关于C-G碱基对闭合方式的结论一致，但与其他研究结果存在差异。从构象I开始的MD模拟并未发生向构象II或构象III的转换；对于所有侧翼碱基对，除了G-C侧翼的双链外，其结构均集中在同一簇中，其中22%的G4和G4^?碱基对呈现C3’末端糖链内陷的特征。在所有侧翼情况下，G4和G4^?碱基都围绕糖苷键呈顺式排列；而对于C-G侧翼和A-U侧翼的双链，G6和G6^?碱基在顺式和反式之间转换，这与NMR结果一致。