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SISSA的新研究结合了实验数据和分子动力学模拟

导读 生物分子的结构可以揭示其功能以及与周围环境的相互作用。DNA的双螺旋结构及其对遗传信息传递过程的影响构成了一个明显的例子。在 SISSA

生物分子的结构可以揭示其功能以及与周围环境的相互作用。DNA的双螺旋结构及其对遗传信息传递过程的影响构成了一个明显的例子。在 SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati 发表在Nucleic Acids Research 上的一项新研究中,实验数据与分子动力学的计算机模拟相结合,以检查参与蛋白质合成的 RNA 片段的构象及其对存在于解决方案。该研究为高分辨率定义生理环境中的生物分子结构提供了一种新方法。

“用于发现 DNA 双螺旋构象的 X 射线晶体学仍然是研究生物分子结构的最常用技术之一”,SISSA 物理学家 Giovanni Bussi 解释说。“这项技术使我们能够以固态晶体形式重建分子的图像。然而,这产生了结构的静态视图,这可能与通常发现生物分子的水性自然环境中假设的结构不一致。”

这就是为什么研究人员在过去十年中开始使用小角度 X 射线散射 (SAXS) 技术来研究具有高度动态结构的 RNA 分子的原因。这种方法可以直接用于重现生理环境的水溶液中。此外,可以修改溶液的组成以研究分子如何适应不同的条件。然而不幸的是,SAXS 的分辨率有限,只有纳米级。因此,SISSA 的研究员 Giovanni Bussi 和 Mattia Bernetti 决定通过“计算显微镜”增强 SAXS,将其与分子动力学模拟相结合,从而可以在原子水平上对分子结构进行计算机重建。

“我们研究了参与蛋白质合成的核糖体 RNA 片段,”研究人员解释说。“我们使用了 SAXS 数据,这些数据来自包含不同盐混合物的水溶液,由圣路易斯华盛顿大学医学院的 Kathleen B. Hall 提供,并将它们与分子动力学模拟相结合。通过这种方式,我们发现了存在两种不同的构象:一种对蛋白质合成过程更紧凑和功能性更强,另一种更广泛,证实了 RNA 的动态性质。特别是,我们注意到一种结构相对于另一种结构的普遍性如何随着溶解在溶液中的盐而变化,进一步强调了在与细胞环境尽可能相似的环境中研究这些分子的重要性。”

Bernetti 和 Bussi 得出的结论是,发表在Nucleic Acids Research上的研究结果具有超越特定案例的意义,并表明了一种具有两个优势的创新方法:“在这项工作中,我们结合了分子动力学模拟和 SAXS 实验数据,以获得高RNA 生物分子的解析结构。这在两个意义上是一种有用的方法:一方面,它允许将细节添加到 SAXS 实验数据中,这实际上给出了非常近似的视图;另一方面,它允许分子动力学的结果如果模拟中使用的模型不够准确,则需要进行更正。”

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