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通过 NMR 研究构象动力学的 RNA 中同位素标记腺嘌呤的酶促掺入。

Enzymatic incorporation of an isotope-labeled adenine into RNA for the study of conformational dynamics by NMR.

机构信息

Department of Medical Biochemistry and Biophysics, Karolinska Institute, Stockholm, Sweden.

Slovenian NMR Center, National Institute of Chemistry, Ljubljana, Slovenia.

出版信息

PLoS One. 2022 Jul 8;17(7):e0264662. doi: 10.1371/journal.pone.0264662. eCollection 2022.

DOI:10.1371/journal.pone.0264662
PMID:35802676
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9269771/
Abstract

Solution NMR spectroscopy is a well-established tool with unique advantages for structural studies of RNA molecules. However, for large RNA sequences, the NMR resonances often overlap severely. A reliable way to perform resonance assignment and allow further analysis despite spectral crowding is the use of site-specific isotope labeling in sample preparation. While solid-phase oligonucleotide synthesis has several advantages, RNA length and availability of isotope-labeled building blocks are persistent issues. Purely enzymatic methods represent an alternative and have been presented in the literature. In this study, we report on a method in which we exploit the preference of T7 RNA polymerase for nucleotide monophosphates over triphosphates for the 5' position, which allows 5'-labeling of RNA. Successive ligation to an unlabeled RNA strand generates a site-specifically labeled RNA. We show the successful production of such an RNA sample for NMR studies, report on experimental details and expected yields, and present the surprising finding of a previously hidden set of peaks which reveals conformational exchange in the RNA structure. This study highlights the feasibility of site-specific isotope-labeling of RNA with enzymatic methods.

摘要

溶液核磁共振波谱学是一种成熟的工具,在 RNA 分子结构研究方面具有独特的优势。然而,对于较大的 RNA 序列,NMR 共振往往严重重叠。一种可靠的方法是在样品制备中使用位点特异性同位素标记,以进行共振分配并允许进一步分析,尽管光谱拥挤。虽然固相寡核苷酸合成具有几个优点,但 RNA 长度和同位素标记构建块的可用性仍然是存在的问题。纯粹的酶方法是另一种选择,并已在文献中提出。在这项研究中,我们报告了一种方法,我们利用 T7 RNA 聚合酶对 5' 位置的核苷酸单磷酸比对三磷酸的偏好,这允许 RNA 的 5' 标记。连续连接到未标记的 RNA 链上会产生特异性标记的 RNA。我们展示了这种用于 NMR 研究的 RNA 样品的成功生产,报告了实验细节和预期产量,并提出了一个令人惊讶的发现,即一组先前隐藏的峰揭示了 RNA 结构中的构象交换。这项研究强调了酶法对 RNA 进行位点特异性同位素标记的可行性。

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