pRNA

來源

在雙鏈DNA病毒增殖和成熟的過程中, 需要將相當長的子代DNA裝入一個空間極為有限的新生病毒衣殼中。早在 1987 年, Guo P X等在對噬菌體phi29 DNA的轉運進行研究時發現了一種具有轉運功能的RNA分子, 該RNA分子在噬菌體phi29 的DNA包裝中有著重要的作用, 這種RNA分子被稱為pRNA(packaging RNA)。 2003 年 2 月, Shu D等報導了噬菌體phi29 DNA轉運馬達中的pRNA分子能結合ATP, 並能做機械運動, 這是第一次揭示了RNA與ATP之間的關係。近年來, 科學家對pRNA分子的結構、功能和套用研究不斷深入, 取得不少研究成果。

結構與功能

病毒 phi29 是感染革蘭氏陽性枯草桿菌(Bacillus subtilis)的噬菌體。它的基因組為 19 285 bp 的線狀雙鏈 DNA 分子。在成熟的噬菌體 phi29 中基因組並不表達出 pRNA, 而在 phi29 基因組 DNA 衣殼化過程中需要有一段由 phi29 基因組編碼的 174 nt(nucleotide)組成的 pRNA 參與。不同來源的 pRNA分子具有較低的序列同源性, 幾乎不存在保守鹼基, 然而它們都具有相似的高級結構 。其他病毒的 pRNAs 不具備包裝 phi29 基因組 DNA 的功能, 且噬菌體自身 pRNA 中單個鹼基的突變也會導致其包裝活性的喪失。噬菌體 phi29 基因組編碼的 pRNA 分子由 174個核苷酸組成, 但只需要C端的120個核苷酸就具有了整個 pRNA 分子具有的功能。 pRNA 的二級結構有高度螺旋區域, 包括 7 個突起和 3 個環(圖 1)。在對pRNA 的多種變異型進行研究後發現 pRNA 至少具有兩個功能區, 一個功能區與頭頸連線器(connector)結合, 另一個負責 DNA 的移位。pRNA 含有的這兩個功能區具有很強的二級和三級結構, 能夠自我摺疊而不受 3′ 和 5′ 末端鹼基的影響。

[1] Guo P X, Erickson S, Anderson D. A small viral RNA is required for in vitro packaging of bacteriophageΦ29 DNA. Science, 1987, 236: 690~694.

[2] Shu D, Guo P. A Viral RNA that binds ATP and contains an motif similar to an ATP-binding aptamer from SELEX. Journal of Bio-logical chemistry, 2003, 278: 7119~7125.[DOI]

[3] Chen C, Guo P. Magnesium-Induced congormational change of packaging RNA for procapsid recognition and binding during phageΦ29 DNAencapsidation. Journal of Virology, 1997, 71, 495~500.