RNA是生物體必需的生物大分子，參與生命活動的諸多過程，RNA的結構與其功能密切相關。然而，RNA分子結構柔性大、帶負電荷多，單晶生長較困難，因此制約着X-ray 晶體衍射方法解析RNA結構的進展。目前絕大多數RNA的結構仍然未知。因此探索新的RNA結構解析方法有重要的研究意義。

近年來，國際上湧現出一系列針對RNA結構研究的固體核磁共振新技術，可以在相對容易生長的微晶或納米級别晶體條件下研究RNA的結構和動态性質。然而，已有的基于¹³C或¹⁵N檢測的RNA固體核磁共振研究技術，受到靈敏度低、長程結構約束信息難以獲得等因素的限制。

近日，beat365官方网站、北京核磁共振中心王申林研究員課題組首次建立了基于¹H檢測的、微晶RNA結構分析的固體核磁共振方法。在該工作中，作者結合了PAR（Proton assisted recoupling）傳遞機制和快速魔角旋轉條件下的¹H直接檢測技術，建立了2D hCN(PAR)NH固體核磁共振實驗，并成功實現了檢測微晶RNA中Watson-Crick堿基互補配對形成的NH…N氫鍵這一目标。此方法相對已有的應用于RNA的固體核磁共振方法相比，其靈敏度和分辨率均顯著提高，并且在檢測堿基之間的氫鍵作用更加高效。結合同位素稀釋技術，2D hCN(PAR)NH固體核磁共振實驗被應用于區分二聚體RNA的kissing-loop和extended duplex結構。

課題以HIV病毒中的二聚體引發位點為模型進行研究。HIV為逆轉錄病毒，其遺傳物質是RNA。HIV病毒RNA的5'端通常存在一段高度自互補序列，該序列是逆轉錄病毒的二聚體引發位點（Dimerization initiation site）。在逆轉錄病毒的複制過程中，該區域首先二聚，形成kissing-loop RNA結構，再在酶催化的條件下形成extended duplex 結構。二聚化是HIV病毒複制、逆轉錄、衣殼化等生命活動的基礎，對于維持逆轉錄病毒的活力具有重要意義，同時也是潛在的抗病毒藥物設計靶點。對病毒RNA二聚體的結構進行研究，尤其是區分kissing-loop和extended duplex這兩種RNA二聚體構象，将有助于準确判斷逆轉錄病毒所處的生命周期，為合理的藥物設計提供重要的理論依據。通過研究發現，在此課題的實驗條件下，HIV毒病二聚引發位點在微晶中形成kissing-loop結構。

此工作是我國首例運用固體核磁共振進行RNA研究的成功案例，研究中采用的基于PAR機制的RNA結構分析方法為國際首創。此工作也是繼德國Ramadurai Ramachandran課題組、德國Teresa Carlomagno課題組、美國Gary P. Drobny課題組之後，RNA固體核磁研究領域的又一重要突破，為深入研究其他未知結構的RNA提供了新的思路和新的技術方法。beat365化學與分子學院分析化學專業博士生楊玉飛是該工作的第一作者，王申林研究員為通訊作者。

相關成果以“Proton-detected Solid-state NMR Detects the Inter-nucleotide Correlations and Architecture of Dimeric RNA in Microcrystals”為題，在化學通訊在線發表（Chemical Communications, DOI: 10.1039/C7CC07483B）

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原文鍊接：

http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/cc/c7cc07483b