“看”得更清！RNA結構解析新技術孕育新發現

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“結構決定功能”是物質科學界的基本共識。目前，非編碼RNA的結構解析難題是開展其調控功能和作用機制研究的一大瓶頸。

與編碼蛋白質的信使RNA（mRNA）不同，非編碼RNA往往需要先形成二級結構，并在RNA結合蛋白的幫助下折疊成更為復雜的高級結構，進而與其他RNA分子相互作用以發揮生物學調控功能。因此，解析非編碼RNA的結構和作用靶標是理解其功能機制的關鍵。

面對這一挑戰，在國家自然科學基金重大研究計劃“基因信息傳遞過程中非編碼RNA的調控作用機制”支持下，中國科學院生物物理研究所研究員薛愿超帶領的科研團隊在RNA結構解析及RNA-蛋白質相互作用等方面取得了多項重要成果。

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Alu序列介導增強子-啟動子RNA配對和轉錄激活示意圖（科研團隊供圖）

科研團隊創建了RNA原位構象測序技術“RIC-seq”。以該技術為主要手段，他們首次全景式解析了非編碼RNA的二級結構、作用靶標和高級結構。該原創技術獲得了國家發明專利，并已成功進行成果轉化。在此基礎上，該團隊還發展了capture RIC-seq、vRIC-seq等一系列新技術和新方法，用于解析特定RNA結合蛋白所介導的RNA構象。

新技術會帶來新發現和新理論。科研團隊利用創建的RIC-seq技術，首次發現DNA上可與蛋白質結合的“增強子”和“啟動子”區域產生的非編碼RNA相互作用，并利用這樣的相互作用準確識別出哪一個“增強子”調節哪一個“啟動子”。

同時，實驗還發現，增強子-啟動子RNA配對和轉錄激活由大多數哺乳動物DNA中都存在的“Alu序列”介導。這革新了Alu序列“無用”的傳統觀點。

這兩項研究成果先后于2020年、2023年發表于《自然》。

非編碼RNA往往與RNA結合蛋白相互作用以形成復雜的高級結構，進而發揮調控功能。在RNA-蛋白質互作位點鑒定方面，科研團隊開發了LACE-seq方法，通過線性擴增逆轉錄酶在RNA結合蛋白（RBP）結合位點處的終止信號，首次實現了在單堿基分辨率和單細胞層面精準鑒定RBP的結合位點。

新冠疫情期間，清華大學生命科學學院副教授張強鋒團隊為了從RNA結構的角度理解新冠病毒的復制和致病性，利用“icSHAPE”技術，繪制了細胞內新冠病毒全基因組RNA二級結構模型，并利用開發的PrismNet人工智能算法預測了42個可與病毒基因組RNA相互作用的宿主蛋白。