Conjoined use of EM and NMR in RNA structure refinement.
Conjoined use of EM and NMR in RNA structure refinement.
复制标题
联合使用 EM 和 NMR 进行 RNA 结构精修
DOI：
10.1371/journal.pone.0120445
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Tang C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gong Z;Schwieters CD;Tang C
利用核磁共振技术已经确定了超过40%的RNA结构。核磁共振主要提供质子的局部结构信息，对相对较小的生物大分子最有效。因此，仅靠核磁共振很难对大的RNA进行结构表征。电子显微镜(EM)提供了纳米分辨率的大分子的全局形状信息，这应该是对核磁共振的补充，用于RNA结构的确定。在这里，我们在Xplor-NIH中发展了一个新的能量项，与EM获得的密度图相对照。我们联合使用核磁共振和MAP限制条件对三个核糖体系统-U2/U6小核核糖核酸、Moloney小鼠白血病病毒基因组包装基序(ΨCD)2和萝卜皱纹病毒核糖体结合元件进行了结构优化。在所有三个系统中，我们都表明，纳入地图约束，无论是实验上的还是从已知的PDB结构中产生的，都大大提高了结构的精确度和精确度。重要的是，我们的方法不依赖于由RNA双链组装的初始模型，并且允许每个核苷酸在扭角模拟退火精化中完全扭转自由。由于越来越多的大分子可以同时用核磁共振和EM来表征，这两种技术的结合将能够更好地表征RNA的三维结构。
More than 40% of the RNA structures have been determined using nuclear magnetic resonance (NMR) technique. NMR mainly provides local structural information of protons and works most effectively on relatively small biomacromolecules. Hence structural characterization of large RNAs can be difficult for NMR alone. Electron microscopy (EM) provides global shape information of macromolecules at nanometer resolution, which should be complementary to NMR for RNA structure determination. Here we developed a new energy term in Xplor-NIH against the density map obtained by EM. We conjointly used NMR and map restraints for the structure refinement of three RNA systems — U2/U6 small-nuclear RNA, genome-packing motif (ΨCD)2 from Moloney murine leukemia virus, and ribosome-binding element from turnip crinkle virus. In all three systems, we showed that the incorporation of a map restraint, either experimental or generated from known PDB structure, greatly improves structural precision and accuracy. Importantly, our method does not rely on an initial model assembled from RNA duplexes, and allows full torsional freedom for each nucleotide in the torsion angle simulated annealing refinement. As increasing number of macromolecules can be characterized by both NMR and EM, the marriage between the two techniques would enable better characterization of RNA three-dimensional structures.
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