用单分子技术研究RNA分子伴侣的作用机制

RNA chaperones can destabilize RNA base pairing, which enable them to assist RNA folding, accelerate strand-annealing and strand-displacement, increase the efficiency of group I intron splicing, regulate transcription and translation of mRNA and help the replication of RNA virus. The mechanism of RNA chaperone function, however, is still unclear... In this project, we plan to develop new quantitative and visible methods, through which we will study 1) the mechanism of interactions between RNA chaperones and RNA; 2) how RNA chaperones trend to prevent RNA misfolding; 3) the regulation of RNA chaperone function; and 4) the possible effects of RNA chaperons on transcription at G-rich region. ..This project will help us to not only understand the fundamental scientific issue of RNA chaperone function, but also design drugs targeting to RNA chaperones.

RNA分子伴侣的功能是降低碱基配对打开的能垒，从而协助RNA正确折叠、促进RNA互补链退火/换链、提高内含子的剪接效率、调控mRNA的转录和翻译以及帮助RNA病毒的复制等。由于缺乏合适的实验技术，目前RNA分子伴侣的作用机制仍有待深入研究。..本项目拟采用单分子磁镊技术和AFM成像技术相结合，发展定量化、直观化的新方法，以研究1）RNA分子伴侣与RNA的相互作用机制；2）RNA分子伴侣怎样倾向性地防止RNA错误构象；3） RNA分子伴侣功能的调控机制；4）RNA分子伴侣在富含G碱基编码区转录中的作用。..本申请的研究成果将帮助我们理解RNA分子伴侣的作用机制这个基本科学问题，并为调控RNA分子伴侣功能和以RNA伴侣蛋白为靶点的药物设计提供帮助。

RNA分子伴侣的功能是降低碱基配对打开的能垒，从而协助RNA正确折叠、促进RNA互补链退火/换链、提高内含子的剪接效率、调控mRNA的转录和翻译以及帮助RNA病毒的复制等。由于缺乏合适的实验技术，目前RNA分子伴侣的作用机制仍有待深入研究。本项目使用单分子磁镊与分子动力学模拟，取得以下研究成果：.(1). 为何双链DNA而不是双链RNA被高度压缩在细胞核中，成为遗传信息的主要物质载体？我们发现高价阳离子优先嵌入双链RNA宽而深的大沟，使RNA变硬而难以被压缩成为基因的载体（Physical Review Letters 2020）。.(2). 哺乳动物精子发育过程中，DNA被高度CpG甲基化，并压缩成致密的螺旋管结构。我们发现CpG甲基化能够增强DNA-DNA吸引，促进DNA的致密压缩，从而促进哺乳动物精子发育（Journal of the American Chemical Society 2020）。.(3). 测定了RNA-DNA杂合链的弹性和动态结构，被评为 the best of 2019（Biophysical Journal 2019）。 .(4). 发展了一种方便、普适的构建DNA、RNA以及RNA-DNA杂合核酸的方法（ACS synthetic biology 2019）。.(5). 通过细胞实验和单分子实验发现，细菌、植物和类的DNA甲基化都可以调控其同源重组。该成果是原创性的新概念，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。