3月11日，188bet足球張凱銘/李珊珊團隊和美國斯坦福大學Wah Chiu/Rhiju Das團隊合作在Nature雜(za)志(zhi)上發(fa)表(biao)了一(yi)項突(tu)破性研究，成功利用冷凍(dong)電鏡技術（Cryo-EM）解析了RNA結構(gou)中(zhong)的復雜(za)水(shui)網(wang)絡(luo)。這一(yi)研究不僅為RNA結構(gou)的穩定(ding)性和功能提供了新的見解，也標志(zhi)著RNA結構(gou)生(sheng)物學研究進入新的階段。
前期工作：揭示核酶自剪接機制
張凱銘/李(li)珊珊研究團(tuan)隊長(chang)期致力于(yu)核酶RNA的(de)結構與功(gong)能解析，并在該領域取得了一系列(lie)重要突(tu)破。此前，他們系統解析了四膜蟲核酶（Tetrahymenaribozyme）的(de)自剪(jian)接過程，逐步揭(jie)示了其催化機(ji)理：
2021年，在Nature發表論文，首次解析了全長Tetrahymena核酶的3.1?分辨率結構，為后續研究奠定了基礎。2022年，在PNAS發表了該核酶的錯誤折疊機制，并揭示了一種新的拓撲交叉模式，解釋了RNA折疊錯誤導致的高能障礙現象。2023年，在Nucleic Acids Research和Nature Communications先后(hou)發(fa)文，分別解析了(le)該核酶第一步（NAR, 2023）和第二步（NC, 2023）自剪(jian)接過程的動態結構(gou)，詳細(xi)刻畫了(le)不(bu)同催化(hua)階段的構(gou)象變化(hua)。
這些(xie)研究為理(li)解RNA催化活性的結構(gou)基(ji)礎(chu)提供了重(zhong)要信息(xi)，也為RNA在基(ji)因調控和生(sheng)物(wu)工(gong)程應用(yong)中的潛在作用(yong)奠定了理(li)論基(ji)礎(chu)。
最(zui)新突破(po)：解析(xi)RNA結構中的水網絡
在最新發表的Nature論(lun)文(wen)中，研究團隊聚焦于RNA結構(gou)中的(de)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)作(zuo)用，通過Cryo-EM，獲得(de)了2.2 ? 和(he) 2.3 ?分(fen)(fen)辨率的(de)Tetrahymena核(he)酶結構(gou)。這(zhe)項研究的(de)亮點包括：1)首次直接觀察到RNA核(he)心(xin)區(qu)域的(de)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)網絡，并揭示水(shui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)如何在(zai)RNA的(de)非經典(dian)相互作(zuo)用中發揮橋接作(zuo)用。2)結合分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)力(li)學模擬（MD），發現(xian)某些區(qu)域的(de)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)存在(zai)高(gao)度動(dong)(dong)態(tai)的(de)行為(wei)，傳(chuan)統的(de)結構(gou)解析方法(fa)難(nan)以捕(bu)捉。3)開發了基(ji)于密度分(fen)(fen)割的(de)水(shui)與(yu)離子(zi)(zi)(zi)建模方法(fa)（SWIM），能夠自動(dong)(dong)化建模并交叉驗證RNA結構(gou)中的(de)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)和(he)Mg??離子(zi)(zi)(zi)，提高(gao)了水(shui)網絡解析的(de)準確性。
研(yan)究意義：開辟RNA水網絡研(yan)究新方向(xiang)
這一(yi)研(yan)究(jiu)(jiu)表明，水(shui)分子(zi)不僅僅是(shi)(shi)RNA折疊的(de)“溶劑”，還在RNA的(de)結構穩定性、催(cui)化活性和功能(neng)調控(kong)中起(qi)到重要作(zuo)用(yong)。特別(bie)是(shi)(shi)RNA核心區域(yu)的(de)復(fu)雜水(shui)網絡，可能(neng)是(shi)(shi)RNA能(neng)夠在生(sheng)(sheng)理條件下(xia)穩定并高效(xiao)催(cui)化的(de)關鍵。此外，該研(yan)究(jiu)(jiu)提供了一(yi)種新(xin)的(de)RNA結構研(yan)究(jiu)(jiu)思路(lu)，結合(he)Cryo-EM、MD模(mo)擬和自動(dong)化水(shui)分子(zi)建(jian)模(mo)，為(wei)RNA的(de)功能(neng)研(yan)究(jiu)(jiu)開(kai)辟了新(xin)的(de)方向。這一(yi)突(tu)破(po)也可能(neng)對RNA藥(yao)物設計(ji)、RNA生(sheng)(sheng)物傳感器等(deng)領域(yu)產(chan)生(sheng)(sheng)深(shen)遠影響。
展望：揭示RNA動態結構的(de)更(geng)多奧秘
隨著Cryo-EM分辨率(lv)的不斷提高(gao)，研(yan)究團隊計劃進一步(bu)解析RNA在動態環境下的結構(gou)變化，并探索RNA與(yu)其他(ta)分子(zi)（如蛋白質、金屬離子(zi)等）之間的相互作用。希望這些研(yan)究不僅能加深對RNA催化機(ji)制的理(li)解，還能為RNA分子(zi)設計與(yu)應用提供(gong)新的理(li)論支(zhi)持。
該研究(jiu)工作(zuo)獲(huo)得了(le)國(guo)家自(zi)然科學(xue)基金委、科技(ji)部、中國(guo)科學(xue)院先導專項、合肥大健康(kang)研究(jiu)院培育(yu)基金等項目的資(zi)助(zhu)，以及獲(huo)得了(le)細胞動力學(xue)教(jiao)(jiao)(jiao)育(yu)部重點實(shi)驗室、中國(guo)金宝搏入口188冷凍電(dian)鏡中心(xin)及附一(yi)院的大力支持。美國(guo)斯(si)坦福(fu)大學(xue)博士(shi)研究(jiu)生(sheng) Rachael C. Kretsch、中國(guo)金宝搏入口188生(sheng)醫部副(fu)教(jiao)(jiao)(jiao)授李珊珊和斯(si)坦福(fu)大學(xue)研究(jiu)科學(xue)家 Grigore Pintilie為(wei)共(gong)同第一(yi)作(zuo)者(zhe)，斯(si)坦福(fu)大學(xue)Rhiju Das教(jiao)(jiao)(jiao)授、中國(guo)金宝搏入口188生(sheng)醫部張凱(kai)銘教(jiao)(jiao)(jiao)授和斯(si)坦福(fu)大學(xue)Wah Chiu教(jiao)(jiao)(jiao)授為(wei)共(gong)同通(tong)訊作(zuo)者(zhe)。
原文鏈接: //www.nature.com/articles/s41586-025-08855-w
（生命科學與醫學部、科研部）
