Large Stokes shift fluorescence activation in an RNA aptamer by intermolecular proton transfer to guanine.
Large Stokes shift fluorescence activation in an RNA aptamer by intermolecular proton transfer to guanine.
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DOI：
10.1038/s41467-021-23932-0
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发表时间：
2021-06-10
影响因子：
16.6
通讯作者：
Höbartner C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Mieczkowski M;Steinmetzger C;Bessi I;Lenz AK;Schmiedel A;Holzapfel M;Lambert C;Pena V;Höbartner C
荧光 RNA 适体是合成的功能性 RNA，可特异性结合并激活条件荧光团。 Chili RNA 适体模仿大斯托克斯位移荧光蛋白，对 3,5-二甲氧基-4-羟基亚苄基咪唑酮 (DMHBI) 衍生物表现出高亲和力，可引发绿色或红色荧光发射。在这里，我们通过晶体学和时间分辨光谱阐明了荧光激活的结构和机制基础。 Chili RNA 与带正电荷的 DMHBO+ 和 DMHBI+ 配体的两个共晶结构揭示了 G-四链体和反式糖-糖边缘 G:G 碱基对，通过 π-π 堆积固定配体。荧光团结合位点中的 Watson-Crick G:C 碱基对在鸟嘌呤的 N7 和配体的酚羟基之间建立了短氢键。发现从中性发色团到 RNA 的超快激发态质子转移 (ESPT) 的时间常数为 130 fs，并揭示了大斯托克斯位移荧光 RNA 适体的作用模式。荧光 RNA 适体（例如 Chili）在适体-配体复合物形成时表现出强烈的荧光增强。在这里，作者通过解析 Chili 及其结合的带正电配体 DMHBO+ 和 DMHBI+ 的晶体结构，深入了解了 Chili 的荧光激活机制，并揭示了 Chili 使用基于时间分辨光谱测量的激发态质子转移机制。
Fluorogenic RNA aptamers are synthetic functional RNAs that specifically bind and activate conditional fluorophores. The Chili RNA aptamer mimics large Stokes shift fluorescent proteins and exhibits high affinity for 3,5-dimethoxy-4-hydroxybenzylidene imidazolone (DMHBI) derivatives to elicit green or red fluorescence emission. Here, we elucidate the structural and mechanistic basis of fluorescence activation by crystallography and time-resolved optical spectroscopy. Two co-crystal structures of the Chili RNA with positively charged DMHBO+ and DMHBI+ ligands revealed a G-quadruplex and a trans-sugar-sugar edge G:G base pair that immobilize the ligand by π-π stacking. A Watson-Crick G:C base pair in the fluorophore binding site establishes a short hydrogen bond between the N7 of guanine and the phenolic OH of the ligand. Ultrafast excited state proton transfer (ESPT) from the neutral chromophore to the RNA was found with a time constant of 130 fs and revealed the mode of action of the large Stokes shift fluorogenic RNA aptamer. Fluorogenic RNA aptamers such as Chili display strong fluorescence enhancement upon aptamer–ligand complex formation. Here, the authors provide insights into the mechanism of fluorescence activation of Chili by solving the crystal structures of Chili with its bound positively charged ligands DMHBO+ and DMHBI+, and they reveal that Chili uses an excited state proton transfer mechanism based on time-resolved optical spectroscopy measurements.
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DOI：
10.1107/s090744491003982x
发表时间：
2011-04
期刊：
Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography
影响因子：
--
作者：
Evans PR
通讯作者：
Evans PR
DOI：
10.1107/s0907444904019158
发表时间：
2004-12-01
影响因子：
2.2
作者：
Emsley, P;Cowtan, K
通讯作者：
Cowtan, K
影响因子：
3.5
作者：
Cormack, BP;Valdivia, RH;Falkow, S
通讯作者：
Falkow, S
影响因子：
15
作者：
Babendure, JR;Adams, SR;Tsien, RY
通讯作者：
Tsien, RY
影响因子：
5.6
作者：
Bouhedda F;Autour A;Ryckelynck M
通讯作者：
Ryckelynck M