Nucleic Acids Research
RNA二聚体中间体在RNA催化滚环合成中的作用

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本研究利用冷冻电镜解析了RNA滚环复制过程中形成的二聚体及其多聚体结构，揭示了二聚体对RNA复制的抑制作用及其潜在的再激活机制，为RNA世界假说提供了新的结构支持。

 

文献概述
本研究揭示了RNA滚环复制过程中的结构多样性，包括单体、二聚体和多聚体的形成，并通过冷冻电镜解析了这些结构的高分辨率模型。文献还表明，二聚体可能作为RNA复制的稳定存储形式，为RNA复制过程提供协调机制。

背景知识
RNA世界假说认为RNA既是信息存储分子又是催化剂，为早期生命提供基础。近年来，科学家发现了RNA聚合酶核酶能够进行滚环复制（RCS），但复制反应在完成一轮后显著减弱，抑制机制尚不清楚。本研究通过结构生物学手段解析了RCS反应中的二聚体和多聚体，为RNA复制的动态调控提供新见解。

 

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研究方法与实验
研究人员通过体外转录和化学合成方法制备小环状RNA（scRNA）和互补RNA（cmpRNA），并使用native和denaturing凝胶电泳分析其相互作用。随后，通过冷冻电镜（cryo-EM）解析了二聚体及其多聚体的结构，并进行分子动力学模拟以分析结构稳定性。此外，还通过加入额外scRNA模板测试二聚体的再激活能力。

关键结论与观点

• scRNA和cmpRNA在无TPR酶促反应下可形成稳定的二聚体和多聚体结构，其中二聚体解析至5.3 Å分辨率。
• 二聚体结构由两个scRNA和两个cmpRNA组成，形成两个相互连接的RNA双螺旋，其稳定性抑制TPR介导的RNA延伸反应。
• 二聚体的形成可通过额外scRNA模板的加入被解除，恢复RNA复制活性，表明其在RNA复制中的动态调控潜力。
• 二聚体的几何构象限制了RNA的完全杂交，为RNA复制提供纠错机制，提高复制保真度。

研究意义与展望
二聚体结构可能作为RNA复制的稳定存储形式，为RNA世界假说中的复制机制提供结构基础。未来研究可进一步优化RNA聚合酶核酶，使其在无额外模板条件下仍能有效延伸，从而实现持续RNA复制。此外，研究也为理解原始RNA遗传系统如何运作提供了线索。

 

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结语
本研究通过结构生物学手段揭示了RNA滚环复制过程中形成的二聚体及其多聚体结构，并证明其对RNA复制的抑制作用。研究进一步提出，二聚体可通过额外RNA模板激活，为RNA复制的动态调控和纠错机制提供可能解释。这些发现不仅支持RNA世界假说，也为合成RNA遗传系统的构建提供结构基础。未来，开发更高活性的RNA聚合酶核酶和更高效的模板交换机制，可能实现持续RNA复制，为原始遗传系统的模拟提供关键工具。

 

Emil L Kristoffersen, Ewan K S McRae, Niels R Sørensen, Philipp Holliger, and Ebbe S Andersen. Roles of dimeric intermediates in RNA-catalyzed rolling circle synthesis. Nucleic Acids Research.