《eLife》：基因表达调控元件核糖开关工作模型

2017-07-19 23:00:02生物通

历时10年，歌德大学Harald Schwalbe团队、威斯康星大学Landick团队、达姆施塔特技术大学Süß团队和歌德大学生物系Jens Wöhnert教授，成功地在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）拼凑出了核糖开关调节过程，开创了迄今为止核糖开关动作时间的最广泛模型。

核糖开关结构

中心法则（genetic central dogma）指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质。信息流的传递时机与遗传密码同等重要，RNA、蛋白质和它们的生产时间决定着细胞的不同命运。作为调节元件的核糖开关（riboswitch）是一个极具潜力的抗生素靶点。

核糖开关指的是mRNA一些非编码区的序列折叠成一定的构象，这些构象的改变应答于体内的一些代谢分子，从而通过这些构象的改变达到调节mRNA转录的目的。2002年在细菌中作为一种基于RNA的胞内维生素衍传感器而被发现。最近的十年里，发现天然存在的RNA传感元件能与一系列小分子代谢物和铁离子结合并对转录、翻译、剪切、RNA稳定性实施调控作用。广泛的生化、结构和遗传学研究已建立了核糖开关在所有三大生命王国中发挥功能的基本原理，并对开发抗生素、设计新型分子传感器、以及将核糖开关整合进合成回路具有重要的指导意义。

转录核糖开关通过不同结构通知附近RNA聚合酶继续生产RNA或停止运作。这篇最新发表的《eLife》文章，研究人员在合成后脱落位置和小分子信使鸟嘌呤结合位置释放xpt-pbuX核糖开关的结构分子。他们证明切换到结合位置需要一定时间，这对监管提出了一定要求。

RNA聚合酶沿着DNA链生产相应RNA，走到xpt-pbuX开关代码处生产核糖开关，然后继续前进。如果附近没有鸟嘌呤，RNA聚合酶就会侦察未完成的脱落位置，停止合成。如果有鸟嘌呤与核糖开关结合，核糖开关就需要重新折叠进入结合位置，使RNA聚合酶不得不花一定时间检测新构象。如果“脱落”代码一直被RNA聚合酶读取，这个基因就永远不会被转录。Schwalbe和同事们发现，xpt-pbuX开关生产出来后，RNA聚合酶遇到“暂停点”，移动速度开始减慢，给核糖开关预留一定时间折叠。