马里兰大学 马里兰大学的研究人员开发了一种扩大核磁共振光谱范围的方法
在上面的例子中，研究人员能够创建一个3D图像，显示一段肝炎核糖核酸上药物等小分子可以结合的位置(以绿色显示)
学分:夸库·达耶/马里兰大学 马里兰大学的科学家开发了一种高分辨率确定大核糖核酸分子结构的方法
这种方法克服了过去50年来将三维分析和成像局限于小分子和小片段的挑战
这种新方法扩大了核磁共振波谱的范围，将使研究人员能够理解核糖核酸分子的形状和结构，并了解它们如何与其他分子相互作用
这项技术提供的见解可能导致疾病的靶向核糖核酸治疗
这项工作的研究论文发表在2020年10月7日的《科学进展》杂志上
“核磁共振光谱学领域一直局限于观察微小的东西，比如35个核糖核酸构件或核苷酸
但是大多数与生物学和医学相关的有趣的东西要大得多，100个核苷酸或更多，”UMD大学化学和生物化学教授、该论文的资深作者夸库·达耶说
“所以，能够打破原木堵塞，看到大的东西是非常令人兴奋的
它将允许我们窥视这些分子，并以一种我们以前无法做到的方式看到正在发生的事情
" 在核磁共振波谱中，科学家将无线电波对准分子，激发原子并“点亮”分子
通过测量受激原子周围磁场的变化——核磁共振——科学家可以重建分子的形状、结构和运动等特征
由此产生的数据可以用来生成图像，就像医学上的核磁共振成像一样
通常，来自生物分子(如核糖核酸)中许多原子的核磁共振信号相互重叠，使得分析非常困难
然而，在20世纪70年代，科学家们学会了用具有磁性活性的氟原子取代氢原子，从而对核糖核酸分子进行生化工程，使其在核磁共振下工作得更好
在由35个或更少的核苷酸组成的相对较小的核糖核酸分子中，氟原子在受到无线电波照射时很容易发光，并保持足够长的激发时间，以进行高分辨率分析
但是随着核糖核酸分子变大，氟原子只会短暂发光，然后很快就失去信号
这阻碍了对较大核糖核酸分子的高分辨率三维分析
其他人以前的工作表明，当氟靠近一个含有六个质子和七个中子的碳原子(碳-13)时，它会继续产生强烈的信号
因此，大冶和他的团队开发了一种相对简单的方法，将RNA中自然存在的C-12(有6个质子和6个中子)改为C-13，并在它旁边直接安装一个氟原子(F-19)
达耶和他的团队首先证明，他们的方法可以产生与目前方法相同的数据和图像，方法是将它应用于以前成像的含有30个核苷酸的艾滋病毒的核糖核酸片段
然后，他们将他们的方法应用于含有61个核苷酸的乙型肝炎核糖核酸片段——几乎是以前核糖核酸核磁共振波谱的两倍
他们的方法使研究人员能够识别乙肝核糖核酸上小分子与核糖核酸结合和相互作用的位点
这可能有助于理解潜在治疗药物的效果
研究人员的下一步是分析更大的核糖核酸分子
“这项工作让我们扩大了可以关注的范围，”达耶说
“我们的计算告诉我们，理论上，我们可以看到真正大的东西，比如核糖体的一部分，核糖体是在细胞内合成蛋白质的分子机器
" 通过了解分子的形状和结构，科学家可以更好地理解它的功能以及它如何与环境相互作用
此外，这项技术将使科学家能够看到三维结构的变化，因为特别是核糖核酸分子经常改变形状
这一知识是开发治疗方法的关键，这种方法可以在不影响健康细胞功能的情况下，针对特定疾病的分子
“希望是，如果研究人员知道一个功能失调的分子的角落和缝隙，那么他们就可以设计出填补这些角落和缝隙的药物，让它不再发挥作用，”达耶说
“如果我们能在这些分子改变形状和结构时跟踪它们，那么它们对潜在药物的反应将会更容易预测，设计有效的药物也会更有效
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