RNA是生物体必需的生物大分子，参与生命活动的诸多过程，RNA的结构与其功能密切相关。然而，RNA分子结构柔性大、带负电荷多，单晶生长较困难，因此制约着X-ray 晶体衍射方法解析RNA结构的进展。目前绝大多数RNA的结构仍然未知。因此探索新的RNA结构解析方法有重要的研究意义。
近年来，国际上涌现出一系列针对RNA结构研究的固体核磁共振新技术，可以在相对容易生长的微晶或纳米级别晶体条件下研究RNA的结构和动态性质。然而，已有的基于13C或15N检测的RNA固体核磁共振研究技术，受到灵敏度低、长程结构约束信息难以获得等因素的限制。
近日，北京大学化学与分子工程学院、北京核磁共振中心王申林研究员课题组首次建立了基于1H检测的、微晶RNA结构分析的固体核磁共振方法。在该工作中，作者结合了PAR（Proton assisted recoupling）传递机制和快速魔角旋转条件下的1H直接检测技术，建立了2D hCN(PAR)NH固体核磁共振实验，并成功实现了检测微晶RNA中Watson-Crick碱基互补配对形成的NH…N氢键这一目标。此方法相对已有的应用于RNA的固体核磁共振方法相比，其灵敏度和分辨率均显著提高，并且在检测碱基之间的氢键作用更加高效。结合同位素稀释技术，2D hCN(PAR)NH固体核磁共振实验被应用于区分二聚体RNA的kissing-loop和extended duplex结构。
课题以HIV病毒中的二聚体引发位点为模型进行研究。HIV为逆转录病毒，其遗传物质是RNA。HIV病毒RNA的5'端通常存在一段高度自互补序列，该序列是逆转录病毒的二聚体引发位点（Dimerization initiation site）。在逆转录病毒的复制过程中，该区域首先二聚，形成kissing-loop RNA结构，再在酶催化的条件下形成extended duplex 结构。二聚化是HIV病毒复制、逆转录、衣壳化等生命活动的基础，对于维持逆转录病毒的活力具有重要意义，同时也是潜在的抗病毒药物设计靶点。对病毒RNA二聚体的结构进行研究，尤其是区分kissing-loop和extended duplex这两种RNA二聚体构象，将有助于准确判断逆转录病毒所处的生命周期，为合理的药物设计提供重要的理论依据。通过研究发现，在此课题的实验条件下，HIV毒病二聚引发位点在微晶中形成kissing-loop结构。
此工作是我国首例运用固体核磁共振进行RNA研究的成功案例，研究中采用的基于PAR机制的RNA结构分析方法为国际首创。此工作也是继德国Ramadurai Ramachandran课题组、德国Teresa Carlomagno课题组、美国Gary P. Drobny课题组之后，RNA固体核磁研究领域的又一重要突破，为深入研究其他未知结构的RNA提供了新的思路和新的技术方法。北京大学化学与分子学院分析化学专业博士生杨玉飞是该工作的第一作者，王申林研究员为通讯作者。
相关成果以“Proton-detected Solid-state NMR Detects the Inter-nucleotide Correlations and Architecture of Dimeric RNA in Microcrystals”为题，在化学通讯在线发表（Chemical Communications, DOI: 10.1039/C7CC07483B）
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原文链接：
http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/cc/c7cc07483b
