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大量研究表明RNA分子可以采用复杂的三维(3 d)架构gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。相比之下,DNA是否可以自组装成复杂的三维折叠的复杂的生物化学、独立的蛋白质或RNA伙伴,一直保持神秘。生菜是一种vitro-evolved DNA分子结合并激活gydF4y2Ba4gydF4y2Ba条件来自GFP荧光团。扩展以前的结构研究gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Bafluorogenic rna, GFP荧光蛋白和其他gydF4y2Ba7gydF4y2BaDNA,我们描述Lettuce-fluorophore复合物通过x射线晶体学和低温电子显微镜。结果表明,53-nucleotide DNA采用四通接头(4 wj)褶皱。而不是常见的规范化l型和h型的结构gydF4y2Ba8gydF4y2Ba在4 wj rna、生菜的四个茎形成两个同轴栈包共线的形成一个中央G-quadruplex荧光团的结合。这个褶皱被堆垛稳定,广泛nucleobase氢bonding-including通过不寻常的对角堆叠基地桥连续层的主要同轴成堆的单价和二价阳离子的dna和协调。总的来说,比很多rna结构更紧凑的大小相当。生菜演示了如何DNA可以形成复杂的三维结构不使用RNA-like三级相互作用,表明新的核酸的原则组织将从分析即将复杂的DNA。gydF4y2Ba
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我们感谢beamlines 5.0.1的员工和正式的先进的光源,劳伦斯伯克利国家实验室(ALS)和24-ID-C 24-ID-E先进光子源,阿贡国家实验室(APS)晶体数据收集;G。Piszczeck和D。吴的生物物理学的核心国家心脏,肺和血液研究所(NHLBI)荧光和CD;H。小王和U。NIH的Baxa Multi-Institute低温电子显微镜设备(MICEF)低温电子显微镜数据收集援助;和C。Bou-Nader, N。Demeshkina,。 Elghondakly, C. Jones and R. Trachman for discussions. This research used resources of the APS, a US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility operated for the DOE Office of Science by Argonne National Laboratory under contract number DE-AC02-06CH11357. This work is based on research conducted at the Northeastern Collaborative Access Team beamlines, which are funded by the National Institute of General Medical Sciences from the National Institutes of Health (NIH P30 GM124165). The Pilatus 6M detector on the 24-ID-C beam line is funded by a NIH-ORIP HEI grant (S10 RR029205). L.F.M.P. and M.T.B. are Lenfant Postdoctoral Fellows of the NHLBI. This work was supported in part by NIH awards R35NS111631 (to S.R.J.) and T32GM007739 (to J.D.M.) and by the intramural programme of the NHLBI, NIH.
作者信息gydF4y2Ba
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S.R.J. A.R.F.-D。启动该项目。L.F.M.P.进行荧光、晶体、CD和低温电子显微镜实验和数据分析。M.T.B.进行荧光和低温电子显微镜实验和数据分析。J.D.M.孤立和生菜序列特征。X.L.合成荧光团。A.R.F.-D。和L.F.M.P.写手稿所有作者的贡献。gydF4y2Ba
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S.R.J. Chimerna疗法的创始人,股本和Lucerna技术。Lucerna授权相关技术菠菜和其他RNA-fluorophore复合物。所有其他作者声明没有利益冲突。gydF4y2Ba
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扩展数据数据和表gydF4y2Ba
扩展数据图1 Wall-eyed stereoviews Lettuce-DFHBI-1T复杂、复合模拟annealing-omit Lettuce-fluorophore复合物电子密度图,和解决方案描述的莴苣。gydF4y2Ba
Wall-eyed stereoviews无花果。gydF4y2Ba1 c和dgydF4y2Ba显示在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,分别。综合模拟annealing-omit 2 |gydF4y2BaFgydF4y2BaogydF4y2Ba| - - - |gydF4y2BaFgydF4y2BacgydF4y2Ba|电子密度的地图gydF4y2BacgydF4y2BaLettuce-DFHBI-1T,gydF4y2BadgydF4y2BaLettuce-DFHO,gydF4y2BaegydF4y2BaLettuce-DFAME,gydF4y2BafgydF4y2Ba、生菜(C20G) -DFHO,gydF4y2BaggydF4y2Ba、生菜(C20T) -DFHBI-1T,gydF4y2BahgydF4y2Ba、生菜(C20T) -DFHO,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba生菜(C20T) -DFAME复合物波状外形的1.0σ(灰色的网),叠加在各自的最后的改进模型。gydF4y2BajgydF4y2Ba图形G-quartet示意图(ref。gydF4y2Ba17gydF4y2Ba对莴苣)。每一行代表一个四层的核苷酸,核苷酸和列显示堆栈。大写、小写、粗体,斜体字母表示gydF4y2Ba反gydF4y2Ba,gydF4y2BasyngydF4y2Ba2′endo和3′endo核苷酸,分别;乱七八糟的字母表示链极性反转的5′大多数核苷酸的计划。线连接核苷酸循环和凸起,核苷酸的数量显示在一个循环。gydF4y2BakgydF4y2Ba、圆二色性光谱Lettuce-DFHBI1T(绿色)和unliganded生菜(灰色)记录在21°C。gydF4y2BalgydF4y2Ba凝胶排阻chromatography-multi-angle光散射(SEC-MALS)分析unliganded莴苣。冲绿线是吸光度在280 nm unliganded生菜,和红色的线是吸光度tRNA的280海里gydF4y2Ba利斯河gydF4y2Ba控制。彩色点对应于摩尔质量(红色是tRNA计算gydF4y2Ba利斯河gydF4y2Ba控制和绿色是unliganded生菜)。排阻极限(gydF4y2BaVgydF4y2Ba0gydF4y2Ba本专栏)是4.5毫升(没有显示)。gydF4y2Ba
扩展数据图2单粒子的低温电子显微镜分析unliganded生菜适体。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba图像处理工作流unliganded生菜。处理步骤用红色和黑色代表表示程序中使用cryoSPARC或者RELION,分别。gydF4y2BabgydF4y2Ba,代表motion-corrected显微照片3769 dose-weighted显微图的数据集。gydF4y2BacgydF4y2Ba,代表2 d类平均unliganded生菜的最后2 d分类。gydF4y2BadgydF4y2Ba、傅里叶壳牌全球解决评估相关曲线与0.143黄金标准阈值。gydF4y2BaegydF4y2Ba、分布方向的方位角和高度角粒子包括在计算最终的地图。gydF4y2Ba
扩展数据图3在复杂Lettuce-DFHBI-1T铊(我),整体结构复杂DFHO和DFAME莴苣,莴苣的球棍表示层,wall-eyed stereoviews结合位点。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba、卡通Lettuce-DFHBI-1T Tl的表示gydF4y2Ba+gydF4y2Ba复杂。箭头表示5′,3′链方向,棕色和绿色球体代表TlgydF4y2Ba+gydF4y2Ba和毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba,分别。绑定DFHBI-1T分子用半透明的球球棍表示所示。DNA的颜色如无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba。gydF4y2BabgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba。gydF4y2BacgydF4y2Ba,Density-modified悲伤Lettuce-DFHBI-1T Tl的电子密度图gydF4y2Ba+gydF4y2Ba复杂的波状外形的1.0σ(蓝色网格),叠加在最后的改进模型。gydF4y2BadgydF4y2Ba,发射光谱Lettuce-DFHBI-1T K的存在gydF4y2Ba+gydF4y2Ba固体(绿线)或TlgydF4y2Ba+gydF4y2Ba(冲绿线)。gydF4y2BaegydF4y2Ba的,卡通表示Lettuce-DFHO复杂。箭头表示5′,3′链方向,紫色和绿色球体代表KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba和毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba,分别。绑定DFHO分子用半透明的球球棍表示所示。DNA的颜色如无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba。gydF4y2BafgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2BaegydF4y2Ba。gydF4y2BaggydF4y2Ba的,卡通表示Lettuce-DFAME复杂。箭头表示5′,3′链方向,紫色和绿色球体代表KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba和毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba,分别。绑定DFAME分子用半透明的球球棍表示所示。DNA的颜色如无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba。gydF4y2BahgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2BaggydF4y2Ba。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba的球棍表示9层(1 - 9的数字编号)生菜核心。一些背景知识或交互核苷酸的不同层次,显示清晰。灰色和橙色的虚线表示氢键和金属协调,分别。二级结构表示对应于在无花果。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba。Wall-eyed stereoviews无花果。gydF4y2Ba2模拟gydF4y2Ba并显示在gydF4y2BajgydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba,gydF4y2BalgydF4y2Ba,gydF4y2Ba米gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba
扩展数据图4荧光滴定、总体结构和光谱的生菜甜特异性突变体包裹着不同的荧光团,和wall-eyed stereoviews莴苣甜特异性突变体结合位点。gydF4y2Ba
荧光的DFHBI-1T(绿色),DFHO(黄色),和DFAME(红色)滴定gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba、生菜、gydF4y2BabgydF4y2Ba、生菜C20G突变gydF4y2BacgydF4y2Ba、生菜C20T突变(gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2BadgydF4y2Ba计算gydF4y2BaKgydF4y2BadgydF4y2Ba值gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba(意味着南达科他州±。gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2BaegydF4y2Ba的,卡通表示C20G Lettuce-DFHO复杂。箭头表示5′- 3′链方向,紫色和绿色球体代表KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba和毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba,分别。星号标志变异的残渣。绑定DFHO分子用半透明的球球棍表示所示。DNA的颜色如无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba。gydF4y2BafgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2BaegydF4y2Ba。gydF4y2BaggydF4y2Ba的,卡通表示C20T Lettuce-DFHO,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba、-DFHBI1T和gydF4y2BakgydF4y2Ba,-DFAME复合物。箭头表示5′,3′链方向,紫色的球体代表KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba,和绿色球体代表毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba。结合荧光团分子用半透明的球球棍表示所示。星号标志变异的残渣。DNA的颜色如无花果。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba。gydF4y2BahgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2BaggydF4y2Ba。gydF4y2BajgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba。gydF4y2BalgydF4y2Ba的正交视图,gydF4y2BakgydF4y2Ba。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba、激发和发射光谱的生菜和生菜C20T变异在DFHBI-1T面前。gydF4y2BangydF4y2Ba、激发和发射光谱的莴苣、生菜C20G突变,和生菜C20T变异在DFHO面前。gydF4y2BaogydF4y2Ba、激发和发射光谱的生菜和生菜C20T变异在DFAME面前。Wall-eyed stereoviews无花果。gydF4y2Ba2 g-jgydF4y2Ba并显示在gydF4y2BapgydF4y2Ba,gydF4y2Ba问gydF4y2Ba,gydF4y2BargydF4y2Ba,gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba
扩展数据图5 Wall-eyed stereoviews生菜的核心,生菜荧光二价阳离子的依赖关系,龙头生菜表征。gydF4y2Ba
Wall-eyed stereoviews无花果。gydF4y2Ba3模拟gydF4y2Ba显示在gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba,gydF4y2BabgydF4y2Ba,gydF4y2BacgydF4y2Ba,gydF4y2BadgydF4y2Ba,分别。gydF4y2BaegydF4y2Ba,荧光Lettuce-DFHBI-1T Mg的函数gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba浓度(在150毫米KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba)。half-maximal活动(gydF4y2BaKgydF4y2Ba1/2gydF4y2Ba)是1.41±0.14毫米毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(意味着南达科他州±。;gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2BafgydF4y2Ba在150毫米、荧光激活Lettuce-DFHBI-1T KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba孤独,与10毫米毫克或补充gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba、钙gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba、或锰gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(意味着南达科他州±。gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。*表示gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.0002(两面gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。没有意义(gydF4y2BaPgydF4y2BaK = 0.251)之间gydF4y2Ba+gydF4y2Ba+毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba和KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba+锰gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(双侧gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。gydF4y2BaggydF4y2Ba,在其分子表面静电势的生菜映射。颜色渐变从0到+ 20gydF4y2BakgydF4y2BaBgydF4y2BaTgydF4y2Ba(白色,红色)。gydF4y2BahgydF4y2Ba、绿色领域显示了MggydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba离子结合在P1.1循环。gydF4y2Ba我gydF4y2Ba同样,分子表面的生菜(配色方案gydF4y2BaggydF4y2Ba在其中心)显示P2.1循环。gydF4y2BajgydF4y2Ba、绿色领域显示了MggydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba离子结合在P2.1循环。gydF4y2BakgydF4y2Ba,圆二色性光谱龙头Lettuce-DFHBI1T(绿色)和unliganded龙头生菜(灰色)记录在21°C。gydF4y2BalgydF4y2Ba,荧光DFHBI-1T(绿色),DFHO(黄色),和DFAME(红色)滴定及生菜。计算gydF4y2BaKgydF4y2BadgydF4y2Ba值显示(意味着南达科他州±。gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba作为一个功能,荧光的龙头Lettuce-DFHBI-1T毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba浓度(在150毫米KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba)。half-maximal活动(gydF4y2BaKgydF4y2Ba1/2gydF4y2Ba)是0.52±0.06毫米毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(意味着南达科他州±。;gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2BangydF4y2Ba在150毫米、荧光激活Lettuce-DFHBI-1T KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba孤独,与10毫米毫克或补充gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba、钙gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba、或锰gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(意味着南达科他州±。gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。*表示gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.012(两面gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。没有意义(gydF4y2BaPgydF4y2BaK = 0.395)之间gydF4y2Ba+gydF4y2Ba+毫克gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba和KgydF4y2Ba+gydF4y2Ba+锰gydF4y2Ba2 +gydF4y2Ba(双侧gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。gydF4y2BaogydF4y2Ba生菜,圆二色性热分析的生菜和龙头的存在和缺乏DFHBI1T 290海里。gydF4y2Ba
扩展数据图6 R-loop表征,密实度研究RNA和DNA, DNA和RNA寡核苷酸适配子的结构和功能。gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba放射自显影图6% non-denaturing页面展示R-loop形成(箭头所指)显示在无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。uncropped凝胶,见补充图。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。R-loop形成的检测实验通过non-denaturing页面复制三次。gydF4y2BabgydF4y2Ba,260 - nt R-loop试验示意图。gydF4y2BacgydF4y2Ba,不再R-loop形成的荧光分析描述gydF4y2BabgydF4y2Ba。荧光的DFHBI-1T缓冲区的存在,RNA, 310 - bp dsDNA dsDNA + RNA不是co-annealed dsDNA + RNA co-annealed规范化野生莴苣(意味着南达科他州±。,gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。gydF4y2BadgydF4y2Ba,RNA和DNA紧密研究使用数据从补充表绘制图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2BaegydF4y2Ba,Lettuce-DFHBI-1T co-crystal结构(本研究)。gydF4y2BafgydF4y2Ba、核磁共振结构AMP-binding DNA适体的复杂与两个安培分子(ref。gydF4y2Ba71年gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba1 aw4gydF4y2Ba)。gydF4y2BaggydF4y2Ba、核磁共振结构的DNA适体必然argininamide (ref。gydF4y2Ba72年gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba1 db6gydF4y2Ba)。gydF4y2BahgydF4y2BaOBA3 DNA适体,核磁共振结构绑定到赭曲霉毒素A (ref。gydF4y2Ba73年gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba6 j2wgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba我gydF4y2BaOBA36 DNA适体,核磁共振结构绑定到赭曲霉毒素A (ref。gydF4y2Ba74年gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba7 w9ngydF4y2Ba)。gydF4y2BajgydF4y2Ba、荧光的野生莴苣中使用晶体研究,把莴苣、生菜P1荧光研究中使用较短(补充表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)、生菜序列组成的RNA和分裂生菜(34元)由DNA和RNA(16元的3 '末端)DFHBI-1T(意味着南达科他州±。,gydF4y2BangydF4y2Ba= 3技术复制)。星号表示gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.002(两面gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。无显著差异(gydF4y2BaPgydF4y2Ba= 0.407)之间的生菜。和生菜,缩短P1(两面gydF4y2BatgydF4y2Ba以及)。gydF4y2BakgydF4y2Ba,折叠角deoxynucleotide Lettuce-fluorophore复合物(平均8结构)。gydF4y2BalgydF4y2Ba,折叠角的每个deoxynucleotide RNA-ligating deoxyribozyme 9 db1 (ref。gydF4y2Ba49gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba5 ckkgydF4y2Ba)。起皱的核心deoxynucleotides红色;起皱的deoxynucleotides杂交产品RNA链在青色。gydF4y2Ba米gydF4y2Ba,折叠角的每个deoxynucleotide RNA-cleaving deoxyribozyme Dz36 (ref。gydF4y2Ba50gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba5 xm8gydF4y2Ba)。起皱的核心deoxynucleotides橙色;褶皱的deoxynucleotides RNA衬底链杂交的灰色。gydF4y2BangydF4y2Ba,每个RNA核糖的折叠角fluorogenic适体gydF4y2Ba我gydF4y2Ba菠菜在复杂DFHBI (ref。gydF4y2Ba48gydF4y2Ba;PDB:gydF4y2Ba5 ob3gydF4y2Ba)。个人补充表中所有四个寡核苷酸适配子褶皱gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
Springer性质或其许可方(例如一个社会或其他合作伙伴)拥有独占权下本文与作者出版协议(s)或其他情况下(年代);作者self-archiving接受这篇文章的手稿版本是完全由这样的出版协议的条款和适用法律。gydF4y2Ba
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Passalacqua, L.F.M.银行,M.T.、月亮、法学博士gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba复杂的3 d GFP的DNA模拟的体系结构。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba618年gydF4y2Ba,1078 - 1084 (2023)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 023 - 06229 - 8gydF4y2Ba
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DOIgydF4y2Ba:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586 - 023 - 06229 - 8gydF4y2Ba
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