应用笔记 - 磁共振

利用NMR方法研究RNA蛋白复合物

Teresa Carlomagno博士是汉诺威莱布尼茨大学有机化学研究所的结构化学教授、位于布伦瑞克的赫尔姆霍兹传染病研究中心基于NMR的结构化学联合小组负责人。

Teresa Carlomagno博士是汉诺威莱布尼茨大学有机化学研究所的结构化学教授、位于布伦瑞克的赫尔姆霍兹传染病研究中心基于NMR的结构化学联合小组负责人。在该有机化学研究所,她的研究小组使用NMR研究RNA蛋白复合物,并将这项技术与其它方法结合起来研究这些大分子机器的结构和功能。

Carlomagno教授的团队使用NMR“放大”RNA复合物的特定区域,例如参与调节过程的核糖核蛋白(RNP)复合物。这项工作跨越了两个生物学领域:研究大型RNP机器的RNA代谢,以及评估小分子和分子机器相互作用的药物设计。该小组对RNP复合物特别感兴趣,它使核糖体RNA(rRNA)甲基化,在不同位置对其进行修改,以不同的方式调节RNA的功能。由于复合物太大(400 kDa),无法完全分析,因此将NMR与中子小角散射相结合,以确定构建模块的结构,并采用结构计算协议建立起整个复合物的结构。

Carlomagno教授的团队利用这种方法首次表明,在两个不同环境中存在的两个不同RNA识别位点,只能通过甲基化酶(纤维蛋白)逐个到达。NMR被用来证实这两个序列不是被相互独立地甲基化的,而是存在时间调控,这被认为是细胞生命周期所必需的。

在NMR实验中,灵敏度和分辨率是关键,其中分辨率在大分子机器和RNA的工作中起着至关重要的作用。先进NMR仪器所具有的越来越高的磁场,给Carlomagno教授的实验室带来了更佳的灵敏度和分辨率。研究RNA的分辨率是其实验的关键,因为RNA共振是高度重叠的。高场强让该小组能够区分不同原子。

该小组对于探索固态NMR在寻找复合物中RNA组分方面的潜力特别感兴趣。由于甲基团的存在,在溶液中可以看到大的蛋白质或蛋白质复合物,即便在极高分子量下也是如此。然而,RNA则有所不同,因为它缺乏甲基团。因此在研究RNP甲基化酶结构时仍不十分清楚。该小组现在已经成功地利用固态NMR技术探明了RNA结构。目前正在分子机器的背景下研究这一问题。

“我们已经获得了大型RNP甲基化复合物中RNA组分的光谱,非常美丽,” Carlomagno教授评论说:“结构生物学的未来在于与不同技术的结合,如NMR和小角中子散射。凭借NMR,我们能够得到关于蛋白质在复合物某些部分中相对位置的非常精确的信息,而通过中子小角散射,我们则能获得关于复合物整体形状的信息。”

Teresa Carlomagno教授介绍

Teresa Carlomagno教授曾在意大利的那不勒斯学习化学。她的博士学位部分在那不勒斯,部分在德国——法兰克福由Christian Griesinger领导的小组里进行,随后,她留在那里攻读博士后。此后,她转到美国的斯克里普斯研究所,和James Williamson一起工作。

Carlomagno教授跟随Christian全面学习了NMR及其方法学的开发。而与James Williamson一起时,她希望能学习湿实验室部分,当时她对RNA结构特别感兴趣。RNA结构研究那时刚刚兴起。人们大多喜欢关注蛋白质,但她却想学习如何生成RNA以及如何观察RNA与蛋白质的相互作用,所以她转到了威廉森实验室,并在那里完成了两年博士后研究。

后来,她在哥廷根的马克斯•普朗克研究所(Max Planck Institute)担任了小组领导职务。在那之后,她又转到了EMBL,在那儿担任团队领导职位约7年之久。自2015年夏天以来,Carlomagno教授一直在汉诺威任教授。她还与位于布伦瑞克的赫姆霍兹传染病研究中心保持联系。