推荐一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章，题目为“Lifetime of ground conformational state determines the activity of structured RNA”，通讯作者是来自密歇根大学的助理教授Aaron T. Frank，来自UNC医学院的助理教授Helen M. Lazear和教授Qi Zhang。Qi Zhang课题组致力于探索RNA功能的分子机制。

生物分子的构象是瞬息万变的，即便是能量最低的基态构象也具有有限的寿命。此前的研究多将生物分子活性与激发态构象寿命相关联，在本文中作者发现蚊媒黄病毒（MBFVs）的抗核酸外切酶RNA（xrRNA）形成的基态构象保守且具有异常长的寿命，使病毒RNA能够创造稳定的分子壁以抵抗宿主5’→3’核糖核酸外切酶（Xrn1）的降解并产生亚基因组黄病毒RNAs（sfRNAs），促进病毒复制，从而将生物分子基态构象寿命与生物活性挂钩。

xrRNA采用独特的三级结构，其中包含核心和长程假结（PK）。作者以寨卡病毒的xrRNA为研究对象，第一步在体外实验和细胞实验中比较xrRNA1WT、PK变体xrRNA1C55/57U 和 xrRNA1ΔPK的活性，证实PK可调控xrRNA的抗Xrn1能力；第二步观察xrRNA1WT和xrRNA1C55/57U的三维结构，发现两者的晶体结构无显著差别，且在紫外熔融实验中的融化温度几乎相同。

那么问题来了——与原xrRNA1具有相似结构和热稳定性的PK变体是如何表现出不同的外切酶抗性的呢？作者推测Xrn1的活性位点仅能在xrRNA1碱基配对打开后与5’端结合，关键结构域的局部展开倾向的差异决定PK变体的不同行为。作者用HDX NMR测试xrRNA的局部展开动力学。其中，xrRNA1WT G7的亚氨基质子信号长时间（大于24小时）保留在1H NMR谱中，其表观寿命远长于PK变体。同时，其内在寿命为经典沃森-克里克碱基对（几十毫秒）的105~107倍。xrRNA1G7-C48-C22核心和Mg2+共同形成复杂环状结构封闭RNA的5’端使Xrn1无法工作，而PK结构变化可在不显著干扰其基态构象的情况下削弱xrRNA的机械强度，提高展开速率。该环状结构在MBFVs上高度保守。

为了探索观察到的PK依赖性外切酶抗性的潜在分子机制，作者对xrRNA1WT、xrRNA1C55/57U 和xrRNA1ΔPK进行了恒力分子动力学（CFMD）模拟——在xrRNA5’端施加400 pN恒定拉力以模拟Xrn1的降解过程。xrRNA1ΔPK在拉力作用下变得全局无结构化；xrRNA1WT和xrRNA1C55/57U仍保持其环状结构，具有较少的PK相互作用，WT的环状结构小于变体。

以上结果均表明环和PK之间的结构耦合是xrRNA1中观察到的变构效应的基础，这种偶联的变化甚至可以影响关键的局部结构特征。

综上所述，xrRNA的核心和假结协同工作，基态构象形成复杂穿孔套索结构以封装xrRNA5’端。该构象具有缓慢的碱基对开放动力学和异常长的寿命，形成强有力的分子壁，从而抵抗Xrn1的消化。

本文作者：WZH

责任编辑：TZS

DOI：10.1038/s41589-025-01843-1

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01843-1