RNA,Biol：發(fā)現(xiàn)新的熱穩(wěn)定性的RNA連接酶(rna的組成元素)

RNA,Biol：發(fā)現(xiàn)新的熱穩(wěn)定性的RNA連接酶

2016年10月15日訊 連接酶（ligase）是在細(xì)胞中發(fā)揮著關(guān)鍵性功能的酶，協(xié)助將斷裂的DNA和RNA鏈連接在一起。這些酶也是重要的生物工程工具，可用于基因測序、突變檢測和其他的用途。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國布朗大學(xué)工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)一種新的實(shí)驗(yàn)室使用的RNA連接酶。這種被稱作KOD1Rnl的RNA連接酶是從一種在火山熱出氣口附近茁壯成長的古生菌Thermoccocus Kodakarensis中獲得的，能夠在適合一些實(shí)驗(yàn)室程序的高溫下發(fā)揮作用。它也是在某些被稱作模板的RNA結(jié)構(gòu)存在下具有最強(qiáng)的活性，這就使得它適用于RNA測序和檢測。相關(guān)研究結(jié)果于2016年10月7日在線發(fā)表在RNA Biology期刊上，論文標(biāo)題為“Archaeal RNA Ligase from Thermoccocus Kodakarensis for Template Dependent Ligation”。

論文第一作者、布朗大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究生Lei Zhang說，“這種新的連接酶具有所有我們認(rèn)為適合于RNA操縱的性質(zhì)。我們認(rèn)為這可能是一種有用的加入到生物醫(yī)學(xué)工程工具箱的工具。”

Zhang在論文通信作者、布朗大學(xué)工程學(xué)教授Anubhav Tripathi實(shí)驗(yàn)室開展研究。Tripathi說，“我們的研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注點(diǎn)總是在設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)診斷和分子療法（特別涉及RNA）上。在很多近期的研究中，我們?cè)O(shè)計(jì)新的分子檢測和平臺(tái)來快速地檢測病毒感染和病毒突變的存在。盡管我們?cè)O(shè)計(jì)和構(gòu)建微流體平臺(tái)和室內(nèi)檢測，但是我們總是依靠現(xiàn)成的試劑來啟動(dòng)這些檢測。”隨著我們的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，我們?cè)谌狈B接酶等特定酶的存在下越來越感到困難重重。”

特別地，很少有熱穩(wěn)定性的RNA連接酶，即能夠在高溫下發(fā)揮作用的RNA連接酶。Tripathi說，在更高溫度下研究RNA能夠讓事情變得更加容易。在室溫或體溫下，RNA分子處于交錯(cuò)雜亂中。但是，當(dāng)加熱時(shí)，這種交錯(cuò)雜亂的結(jié)構(gòu)會(huì)松弛下來，這些分子就會(huì)伸直。

Tripathi說，“當(dāng)研究RNA時(shí)，你經(jīng)常想要讓一種互補(bǔ)的核酸與它進(jìn)行雜交。當(dāng)RNA分子是線性時(shí)，這會(huì)變得非常容易。當(dāng)它混亂時(shí)，許多雜交位點(diǎn)被阻斷?！?/p>

問題是讓RNA伸直所需的溫度經(jīng)常對(duì)RNA連接酶而言太高而不能有效地將RNA分子連接在一起。但是KOD1Rnl在高達(dá)將近140華氏度（即60攝氏度）下是有活性的，這就使得它能夠在超過體溫的條件下用于實(shí)驗(yàn)室研究。

這種酶的模板依賴性也是比較重要的。一種模板依賴性的RNA連接酶僅當(dāng)一種模板上的一條RNA鏈與另一條RNA鏈在近鄰匹配時(shí)才會(huì)將這兩條RNA鏈連接在一起。在這項(xiàng)新的研究中，Zhang和Tripathi利用KOD1Rnl將設(shè)計(jì)的探針連接在一起以便用于檢測實(shí)驗(yàn)室制造出的埃博拉病毒RNA轉(zhuǎn)錄本。

模板依賴性也用于檢測RNA中的突變。這是通過構(gòu)建RNA探針---含有感興趣的突變的RNA鏈---來做到這一點(diǎn)的。這些探針在RNA鏈上發(fā)生突變的地方存在小的“缺口”。在模板依賴性的RNA連接酶存在下，這些探針隨后與靶RNA進(jìn)行雜交或者說配對(duì)。如果突變存在于靶RNA鏈上，那么這些RNA探針將正確地發(fā)生雜交，而且這種缺口將被RNA連接酶縫補(bǔ)上。如果突變不存在的話，所形成的雜合分子的結(jié)構(gòu)將被破壞，RNA連接酶就不會(huì)縫補(bǔ)這種缺口。通過研究這種缺口是否被縫補(bǔ)上，研究人員就能夠判斷這種突變是否存在。

這一切都依賴于這種連接酶具有多大程度的模板依賴性和結(jié)構(gòu)特異性。一些連接酶天然地要比其他的連接酶具有更高的特異性。在談及KOD1Rnl時(shí)，Zhang說，“我們發(fā)現(xiàn)它是一種高度特異性的RNA連接酶。事實(shí)上，它比在實(shí)驗(yàn)室中使用的現(xiàn)存的酶具有更高的特異性?！?/p>

研究人員已對(duì)這種新的RNA連接酶提交了專利申請(qǐng)，并且希望與行業(yè)合作伙伴攜手合作，將它推向市場。

rna的組成元素

rna的組成元素 C、H、O、N、P；碳、氫、氧、氮、磷。

核酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。核酶（ribozyme）是具有催化功能的RNA分子，是生物催化劑。核酶又稱核酸類酶、酶RNA、?核酶類酶RNA。

因此它也具有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，乃至四級(jí)結(jié)構(gòu)。按其分子組成的不同，可分為單純酶和結(jié)合酶。僅含有蛋白質(zhì)的稱為單純酶；結(jié)合酶則由酶蛋白和輔助因子組成。例如，大多數(shù)水解酶單純由蛋白質(zhì)組成；黃素單核苷酸酶則由酶蛋白和輔助因子組成。

核酶（ribozyme）是具有催化功能的小分子RNA，屬于生物催化劑，可降解特異的mRNA序列。核酶可通過催化靶位點(diǎn)RNA鏈中磷酸二酯鍵的斷裂，特異性地剪切底物RNA分子，從而阻斷靶基因的表達(dá)。

核酶一詞用于描述具有催化活性的RNA，即化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸（RNA）。核酶的作用底物可以是不同的分子，有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。核酶的功能很多，有的能夠切割RNA，有的能夠切割DNA，有些還具有RNA連接酶、磷酸酶等活性。

核酶（ribozyme）主要指一類具有催化功能的RNA，亦稱RNA催化劑。核酶是1982年，Cech等研究原生動(dòng)物四膜蟲rRNA時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)RRNA基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的I型內(nèi)含子剪切和外顯子拼接過程可在無任何蛋白質(zhì)存在的情況下發(fā)生，證明了RNA具有催化功能。

為區(qū)別于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)催化劑，Cech給這種具有催化活性的RNA 定名為核酶。1983年Altman 等人在研究細(xì)菌RNase P時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)約400個(gè)核苷酸的RNA單獨(dú)存在時(shí)，也具有完成切割rRNA前體的功能，并證明了此RNA分子具有全酶的活性。

隨著研究的深入，Cech發(fā)現(xiàn)L 19 RNA 在一定條件下，能以高度專一性的方式去催化寡聚核苷酸底物的切割與連接。核酶可以識(shí)別底物RNA的特定序列，并在專一性位點(diǎn)上進(jìn)行切割，其特異性接近DNA 限制性內(nèi)切酶，高于RNase，具有很大的潛在的應(yīng)用價(jià)值。

核酶的具體作用主要有：

1、核苷酸轉(zhuǎn)移作用。

2、水解反應(yīng)，即磷酸二酯酶作用。

3、磷酸轉(zhuǎn)移反應(yīng)，類似磷酸轉(zhuǎn)移酶作用。

4、脫磷酸作用，即酸性磷酸酶作用。

5、RNA內(nèi)切反應(yīng)，即RNA限制性內(nèi)切酶作用。

基因轉(zhuǎn)錄是否需要RNA連接酶?

沒做過就別亂答了，什么連雙鏈、連粘末端都是胡扯。1. RNA連接酶是基因工程實(shí)驗(yàn)室才用到的酶，一般是T4 RNA ligase，可以將兩條單鏈RNA，一條單鏈RNA與一條單鏈DNA連接成一條整鏈，也可以將兩條DNA單鏈連接起來，或者將一條DNA的首尾連接起來形成環(huán)狀DNA分子。2. 轉(zhuǎn)錄過程中并不需要RNA連接酶，但是在真核細(xì)胞中，轉(zhuǎn)錄之后要切去內(nèi)含子并將外顯子連接起來，連接外顯子是RNA連接酶參與的。3. RNA聚合酶沒有連接功能。

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