313: 天然RNA組裝體（Natural RNA-Only Assemblies）

Author: Janet Iwasa Translator: 于 健（PDBj）

左圖以粉紅色顯示肉毒桿菌的OLE RNA (pdb_00009lcr)。 OLE RNA可以形成由六個（右上角，pdb_00009j6y）或八個（右下角，pdb_00009mds） 亞基組成的籠狀結構。
左圖以粉紅色顯示了肉毒梭菌的OLE RNA（pdb_00009lcr）。 OLE RNA可以形成由六個（右上角，pdb_00009j6y）或八個（右下角，pdb_00009mds） 亞基組成的籠狀結構。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

在分子生物學的中心法則中，RNA在細胞核內的DNA與細胞質中的蛋白質合成機制之間傳遞訊息方面發揮著至關重要的作用。然而，在人體中，只有1-2%的轉錄RNA編碼蛋白質；絕大多數RNA不會被翻譯或不編碼蛋白質。這些非編碼RNA已被證明在多種基本細胞過程中發揮重要作用，包括轉錄調控、剪接和翻譯。這些RNA通常形成複雜的二級和三級結構，這些結構對其功能至關重要。例如， 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）是一種長鏈的、結構化的非編碼RNA，它構成了核醣體的酵素核心。在許多情況下，RNA和蛋白質通常會組裝在一起執行生物學任務，例如在核醣體內部。

複雜的RNA結構

我們如何辨識出可能具有重要生物學功能的新型非編碼RNA？計算生物學家利用比較基因組學方法，發現了預測具有顯著二級結構且在不同物種間保守的序列。耶魯大學Breaker實驗室的研究人員運用此策略，在細菌和噬菌體基因組中發現了新型非編碼RNA。在他們發現的RNA中，有一類異常龐大、結構高度複雜的RNA，來自革蘭氏陽性極端嗜熱菌。這類RNA被命名為Ornate Large Extremophilic (OLE) RNA。研究人員採用類似的方法，從牛胃中的一種細菌群落中鑑定出了ROOL（Rumen-Originating, Ornate, Large）RNA，並從巴拿馬加通湖採集的細菌樣本中鑑定出了GOLLD（Giant, Ornate, Lake- and Lactobacillales-Derived）。

最近，多項利用冷凍電鏡進行的結構研究表明，這些RNA能夠形成複雜的有序結構。來自丙酮丁醇梭菌（ Clostridium acetbutylicum ，pdb_00009mcw）和肉毒梭菌（ Clostridium botulinum ，pdb_00009lcr）的OLE RNA折疊成具有二重體對稱性的緊湊二重體對稱性的緊湊部分所示。該結構的大部分由雙螺旋組成，這些雙螺旋呈現為緊密排列的棒狀束。

有趣的是，ROOL 和 GOLLD RNA 可以形成空心籠狀結構。一些 ROOL RNA（右圖中藍色/紫色所示的結構）被觀察到主要形成八聚體籠狀結構（pdb_00009mds），而其他 ROOL RNA 則形成六聚體複合物（pdb_00009j6y，pdb_00009m78）。也觀察到 GOLLD RNA（下圖綠色所示結構）呈現出各種形狀，包括由10個 RNA 亞基組成的堆疊星狀組裝體（pdb_00009lee）和由12個（pdb_00009l0r）或14個 RNA 亞基組成的空心籠結構（pdb_00009mee）。

假定功能

分別由10 個亞基（左上，pdb_00009lee）、12 個亞基（右，pdb_00009l0r）和14 個亞基（左下，pdb_00009mee）組成的GOLLD RNA 複合物結構。
分別由10個亞基（左上，pdb_00009lee）、12個亞基（右，pdb_00009l0r）和14個亞基（左下，pdb_00009mee）組成的複合物結構。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

這些僅由RNA構成的結構的生物學意義得到了兩方面重要證據的支持。首先，儘管 OLE、ROOL 和 GOLLD RNA 的胺基酸序列在不同物種間存在差異，但它們的分子間界面和結構基序卻具有保守性。這些結構在漫長的演化過程中得以維持，顯示這些RNA具有重要的生物學功能。其次，在生理濃度下即可形成穩定的RNA多聚體，這顯示細胞內很容易形成更高級的僅由RNA構成的結構。

然而，這些大型純RNA結構的確切作用仍有待推測。 ROOL 和 GOLLD 複合物的空心籠狀結構表明，它們可能在細胞內發揮結構支架的作用，幫助隔離或分隔細胞成分。已知 OLE RNA 能與多種不同的蛋白質結合，並參與極端微生物的多種過程，包括壓力反應和代謝調控。然而，OLE 及其結合蛋白如何發揮這些功能仍不清楚。

探索結構

僅含RNA的結構

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仔細觀察由 OLE RNA (pdb_00009lcr)、ROOL RNA (pdb_00009mds) 和 GOLLD RNA (pdb_00009mee) 形成的全複合物結構。

進一步的討論議題

  1. 了解自剪接RNA。
  2. 核糖体和剪接體都是大型複合物，其核心是具有非編碼功能的酵素RNA。

參考文獻

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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2026年1月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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