关键词：RNA 结构 病毒 Cryo-EM

2023年9月27日，广州实验室苗智超研究员邀请了纽约结构生物学中心执行主任进行了线上学术报告“病毒RNA的构象动力学以及对翻译机制的操纵(Conformational dynamics and manipulation of the translation machinery by a viral RNA)”, Jeffrey Kieft教授是纽约结构生物学中心（New York Structural Biology Center）的执行主任，该中心是全球首屈一指的综合结构生物学发展和实践中心之一。Jeffrey Kieft教授的研究重点是了解 RNA 结构、RNA 构象变化和复杂的分子间相互作用是如何结合在一起实现多种 RNA 功能的。他对病毒 RNA 特别感兴趣，这些 RNA 可形成复杂的三维结构，与细胞机制相互作用并操纵细胞机制。他的实验室采用多种方法，包括结构生物学、生物化学、生物物理学、生物信息学和病毒学。

mRNA分子拥有丰富的结构和序列，这些特征在调节mRNA在细胞中的表现、翻译活性以及亚细胞定位中扮演着关键角色。此外，大多数转录事件并不总是导致mRNA的合成，而常常生成非编码RNA，这些非编码RNA在细胞中也具有重要功能，尽管我们对它们的了解仍在不断深入。这些多样性的RNA类型和结构都参与了一个复杂的调控网络，为细胞提供了多种重要调节功能。



RNA能够像蛋白质一样形成复杂的三维结构。例如，下图展示了我实验室在过去几十年中解析的一些RNA结构。这些结构显示了RNA的多样性；每一种结构都与RNA的特定功能密切相关。这些RNA是如何通过三维折叠获得独特功能的？这一直是一个引人入胜的科学问题。



RNA病毒利用RNA储存和传递遗传信息，已知有75%的导致人类疾病的病毒都是RNA病毒。下图左侧列举了一些对人类健康具有重大影响的RNA病毒。这类病毒的多样性和适应性促进了新病毒的出现。右侧图示展示了病毒RNA基因组中的结构化元素，这些元素在病毒生命周期中起到关键作用。



我在过去20年中主持的实验室，一直关注病毒与RNA世界的交汇点。这些病毒RNA如何与细胞内的生物过程相互作用？这些相互作用如何推动新结构和新功能的产生？这些问题的答案是我们理解病毒和RNA如何在疾病中作用的关键。


通过冷冻电镜（Cryo-EM）技术解析RNA结构，我们可以探究RNA与核糖体或蛋白质复合体的相互作用。今天我要介绍的是一种操纵翻译机制的RNA。这种技术允许我们以前所未有的方式来观察RNA及其复合物，从而构建新的模型并进行验证。



之后进行了激烈的讨论，总结关键的问题如下：

Human mRNA翻译是否也存在这种重新启动机制？
A: Human mRNA中存在重新启动，但是目前我认为没有人在Human RNA中发现重新启动这种机制，因为并没有找到真正负责这种机制的RNA序列信息，但并不意味着以往的研究中没有发现类似的机制。我认为，正如我自己的感觉一样，随着蛋白质组学变得越来越敏感，人们会在人类细胞中发现有趣的蛋白质，这些蛋白质无法用我们目前对开放阅读框架的理解或当前注释的开放阅读来解释。但我相信真核生物mRNA中发生了某种重新启动，我们还不理解它。我还没有描述。已有研究表明，核糖体会在真核生物的mRNA 3’-UTR中检测到核糖体，那么核糖体的作用是什么？是重新启动还是什么？我们还不理解，所以我这里没有进行描述。



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相关文献： Langeberg, Conner J., and Jeffrey S. Kieft. "A generalizable scaffold-based approach for structure determination of RNAs by cryo-EM." Nucleic Acids Research 51.20 (2023): e100-e100. Sherlock, Madeline E., Conner J. Langeberg, and Jeffrey S. Kieft. "Diversity and modularity of tyrosine-accepting tRNA-like structures." bioRxiv (2023): 2023-07.