RNA三級複雜結構中離子特異性結合的研究

《RNA三級複雜結構中離子特異性結合的研究》是依託武漢大學，由譚志傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：RNA三級複雜結構中離子特異性結合的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：譚志傑
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

RNA帶有高密度負電荷，金屬離子對其形成緊湊的三級功能結構有重要影響，特別是高價Mg2+。離子作用方式主要有兩種：一是游離凝聚，大量離子會保持水合相對鬆散的凝聚在RNA附近；二是特異性結合，少數離子會脫水結合在RNA的特定部位。近來實驗表明，離子特異性結合可能對RNA摺疊為特定的三級空間結構及其穩定性和功能有著本質貢獻。由於RNA-水複雜的界面性質和高價離子間的強關聯作用，關於離子特異性結合效應的理解和預測還較膚淺。本項目中，我們將拓展我們提出的處理核酸-離子游離凝聚的緊束縛離子模型來處理離子脫水結合，並將結合蒙特卡洛和全原子分子動力學等方法全面研究RNA三級結構中離子的特異性結合，包括預測離子結合位點和結合熱力學以及其中的RNA柔性和離子濃度效應等，預測將與相關實驗比較，進而揭示RNA三級摺疊中離子特異性結合的作用。本項目將促進對RNA三級結構摺疊中離子特異性結合效應及其機制的全面理解。

結題摘要

RNA是具有重要生物功能並具有複雜結構的生物大分子，由於RNA帶有高密度的負電荷，離子結合對於RNA結構、熱力學、柔性均至關重要。本項目圍繞RNA-離子結合以及RNA結構摺疊中的離子效應，進行了如下工作：（1）建立了考慮離子效應和溫度效應的RNA結構預測模型，此模型有效的把結構預測以及熱力學與其中的離子效應結合在一起，並成功預測的RNA結構包括各種髮夾結構、雙鏈結構、假結結構等三維結構、熱力學及其中的離子效應；（2）利用全原子分子動力學和蒙特卡洛模擬，從微觀層面探究了RNA摺疊、DNA凝聚中離子媒介有效摺疊驅動力以及多體相互作用；（3）導出了描述RNA周圍離子分布的泊松-玻爾茲曼理論的適用範圍的經驗公式，並進一步提出了具有他人使用價值的模擬混合單價/雙價離子-核酸系統分配離子的普適方法；（4）揭示了短鏈DNA螺旋具有高柔性及其中離子效應的微觀機制，並從微觀層面揭示了RNA螺旋和DNA螺旋柔性間顯著區別的原因。項目已發表SCI論文13篇，包括一區、二區刊物論文9篇，並有後續成果投寄。