核糖開關是結構化RNA結構域的非編碼RNA,可作為代謝基因的開關。它們通過證明天然存在的 RNA 在沒有蛋白質因子強制幫助的情況下選擇性結合小分子的能力,為 RNA假說提供了令人信服的證據。為了執行分子識別和構象轉換的分子功能,核糖開關通常由配體感應適配體結構域和通常通過分子機制調節基因表達的表達平臺組成。因此,核糖開關可以成為根據RNA結構研究配體結合和調控功能的理想系統。
自2002年對核糖開關進行初步實驗驗證以來,在過去二十年中,至少有56種核糖開關類別通過實驗得到證實。核糖開關根據它們感知的配體和它們用來形成適配體結構域的特定結構進行分類。這些配體包含多種生物學相關化合物,包括源自RNA核苷酸或其前體、輔因子、氨基酸、糖和元素離子的基本代謝物。
核糖開關可以采用不同的構象,具體取決于特定配體的存在與否。當核糖開關與其特異性代謝物結合時,它會誘導其適配體結構域和表達平臺結構域的構象變化。這些構象變化可導致核糖體結合位點(RBS)序列的終止子、抗終止子或隔離子的形成,進而調節下游基因表達。通過優化核糖開關的構象變化和調控機制,研究人員可以更好地了解它們在基因表達控制中的功能和潛在應用。
三維結構的測定為核糖開關提供了寶貴的見解。迄今為止,已有 40 多類核糖開關在結構上進行了表征。這些結構表現出廣泛的形狀和大小,配體結合口袋顯示出不同的結構。這些結合口袋的特定三維結構對于核糖開關選擇性識別配體至關重要。通過實驗確定核糖開關結構,我們可以深入了解其調控機制,從而進一步推動核糖開關相關轉化研究。此外,核糖開關的結構和機制可以作為設計新型抗菌劑的基礎,使其成為抗菌治療的有希望的靶標。此外,核糖開關可以針對合成生物學、分子傳感器和基因治療的潛在應用進行設計和修改,為它們在各個領域的應用提供了令人興奮的機會。
在這項研究中,我們介紹了核糖中心開關,這是一個手動整理的數據庫,總結了來自430多種出版物的所有已知核糖開關的更完整列表。該數據庫還總結了不同的配體結合模型及其在生物學中的相關應用。特別是,我們詳細闡述了每個核糖開關的發現和研究的里程碑,這可能為核糖開關研究提供額外的見解,并促進對新核糖開關的研究。為了更好地捕捉與核糖開關配體結合特征相關的序列和結構模式,設計了核糖中心開關,以促進核糖開關序列、結構、結合口袋和調控機制的比較,從而闡明RNA-配體相互作用的分子機制,數據庫網址:https://riboswitch.ribocentre.org 公開提供。
核糖中心開關的主頁簡要概述了核糖開關的定義、分類、結合口袋結構和基因調控機制。值得注意的是,它直接在主頁上提供了方便的序列搜索和站點范圍的搜索功能。用戶可以通過輸入序列信息來搜索核糖開關,或者使用相關關鍵字探索感興趣的核糖開關家族。提供了多個搜索示例,每個示例都附有單獨的搜索框,以便于有效地導航和瀏覽數據庫。
在核糖開關頁面上,我們按其同源配體的生化類別對所有核糖開關進行分類,即:輔因子、RNA 衍生物、RNA 前體、信號分子、元素離子、氨基酸、糖、其他和 T 盒。當用戶選擇適當的類別時,將有一個核糖開關列表,顯示核糖開關名稱、相關配體、簡要描述、發現日期、Rfam 名稱和 Rfam ID。單擊核糖開關的名稱(例如TPP),用戶將被重定向到相應核糖開關的單個條目頁面。在每個核糖開關的頁面中,用戶可以利用導航按鈕瀏覽四個內容部分:展示研究成果的時間表。對每個核糖開關進行全面描述,有關結構和配體識別的詳細信息和參考文獻列表。我們為每個核糖開關制定了時間表,主要包括發現保守的 RNA 結構以及基因關聯、驗證假定的二級結構和功能、重要的核磁共振波譜 (NMR)或 3D 結構的晶體學研究和配體特異性的決定因素。在描述部分,我們提供了簡要介紹,詳細介紹了核糖開關的基因關聯和基因調控機制。在結構和配體識別部分,我們介紹了共有序列和二級結構模型、三級結構、結合口袋的結構細節和化學結構以及表觀 KD配體及其類似物。此外,用戶可以點擊時間線部分或參考文獻部分的綠色字體,鏈接到 Pubmed 上相應的文獻頁面。
Ribocentre-switch的幫助頁面提供了其功能的全面概述,包括搜索功能,下載功能和交互界面功能。用戶可以訪問包含視覺圖像和解釋性文本的教程,以方便導航和有效利用數據庫。為了跟上核糖開關研究的最新發展,該數據庫將定期更新。我們積極鼓勵用戶通過幫助頁面上的反饋門戶或直接電子郵件提交新的核糖開關案例來做出貢獻,他們的寶貴意見將在增強和改進數據庫方面發揮關鍵作用,確保它更好地為研究界服務。