生物学家发现了连接RNA的结构和功能

几年前，生物学家发现了一种新型的遗传物质，称为长非编码RNA。这种RNA不编码蛋白质，而是从曾经被认为是“垃圾DNA”的基因组部分复制而来。

从那时起，科学家发现了证据，即长非编码RNA或lncRNA在许多细胞过程中发挥着作用，包括在胚胎发育过程中指导细胞命运。然而，确切地未知lncRNA如何发挥这种影响。

麻省理工学院的生物学家受到历史工作的启发，该结构在其他类型的RNA(例如转移RNA)的功能中发挥了作用，现在，麻省理工学院的生物学家已经破译了一种lncRNA的结构，并利用该信息来了解其如何与细胞蛋白相互作用。控制心肌细胞的发育。这是将lncRNA的结构与其功能联系起来的第一项研究之一。

“新兴数据指出了许多这些分子在发育和疾病中的基本作用，因此我们认为确定lncRNA的结构对于理解它们的功能至关重要，”欧文和海伦·塞泽尔职业发展生物学副教授Laurie Boyer说。麻省理工学院生物工程系和该研究的资深作者，该研究发表在9月8日的《分子细胞》杂志上。

了解有关lncRNAs如何控制细胞分化的更多信息，可以为针对因心血管疾病，衰老或癌症而受到心脏损害的患者开发药物提供一种新方法。

该论文的主要作者是麻省理工学院的博士后薛志红。麻省理工学院的其他作者是大学本科生Boryana Doyle和Sarnoff研究员Arune Gulati。Los Alamos国家实验室的Scott Hennelly，Irina Novikova和Karissa Sanbonmatsu也是该论文的作者。

探寻心脏

博耶实验室先前鉴定出一种名为“勇敢的心脏”的小鼠lncRNA，与其他组织相比，它在心脏中的含量更高。在2013年，博耶(Boyer)表明，这种RNA分子对于心肌细胞的正常发育是必需的。

在这项新研究中，研究人员决定研究600个核苷酸的RNA分子的哪些区域对其功能至关重要。“我们知道《勇敢的心》对心肌细胞的发育至关重要，但是我们不知道这种lncRNA的功能的详细分子机制，因此我们假设确定其结构可以揭示新的线索，”薛说。

为了确定Braveheart的结构，研究人员使用了一种称为化学探测的技术，在该技术中，他们用修饰暴露的RNA核苷酸的化学试剂处理了RNA分子。通过分析与该试剂结合的核苷酸，研究人员可以识别单链区域，双链螺旋，环和其他结构。

该分析表明，《勇敢的心》具有几个不同的结构区域或图案。然后研究人员测试了这些基序中的哪一个对分子的功能最重要。令他们惊讶的是，他们发现删除11个核苷酸(构成仅占整个分子2%的环)可以阻止正常的心脏细胞发育。

然后，研究人员搜索了“勇敢之心”环可能与之相互作用以控制心脏细胞发育的蛋白质。在大约10,000种蛋白质的筛选中，他们发现称为细胞核酸结合蛋白(CNBP)的转录因子蛋白质与该区域牢固结合。先前的研究表明，CNBP中的突变可导致小鼠和人类的心脏缺陷。

进一步的研究表明，CNBP可能成为心脏发育的潜在障碍，而《勇敢的心》会释放这种阻遏物，从而使细胞成为心肌。

哈佛大学干细胞与再生生物学教授约翰·里恩(John Rinn)说：“这是将lncRNA的结构与功能联系起来的第一批研究之一。”

“至关重要的是，如果我们要使lncRNA与蛋白质同步发展，那么我们就必须了解特定的功能域及其结构要素，而在这里我们已经知道某些部分如何发挥特定的作用。”实际上，由于已知的蛋白质具有丰富的结构与功能关系，因此您可以预测如今蛋白质的功能。” Rinn说。

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