正如太空蕴藏着无限的奥秘一样，当我们放大到生物分子的水平(比一米小一万亿倍)时，仍然有很多东西需要学习。

研究人员利用静水压力来了解RNA动力学

伦斯勒理工学院的CatherineRoyer致力于了解生物分子的构象景观以及它们如何调节细胞功能。当生物分子接受某些输入时，会导致原子重新排列和生物分子改变形状。这种形状的变化会影响它们在细胞中的功能，因此了解构象动力学对于药物开发至关重要。

在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的研究中，Royer和她的团队检查了人类转移核糖核酸(tRNA)在高静水压力下的构象动力学。高压导致tRNA激发态数量增加，而这些状态通常以非常低的水平存在，从而使人们对tRNA功能有了新的认识。

“我们对观察激发态很感兴趣，因为它们会导致X射线晶体学、核磁共振(NMR)或电子显微镜无法确定的构象，”罗耶说。“我们开始认识到，生物分子结构比以前想象的要多得多，为了开发治疗方法，我们需要了解这些状态是什么样的。”

在这项研究中，Royer使用人类tRNA，而不是她通常研究的蛋白质。Royer说：“对于大RNA分子的激发态还没有做太多的研究，这就是这项研究的独特之处。”

Royer和团队了解到，激发态不仅在tRNA的正常功能中发挥作用，以从信使RNA翻译蛋白质，而且还可能在HIV感染中发挥作用。全球每年约有150万人新感染艾滋病毒。

“核磁共振显示，在这些激发态下，将tRNA结合在一起的氢键被削弱，”Royer说。“我们在CHESS中进行的高压小角X射线散射揭示了tRNA的形状在这些激发态下发生了变化。受压力改变的区域也恰好是被HIV劫持的区域感染期间。”CHESS，即康奈尔高能同步加速器源，是一种最先进的同步加速器辐射设施，也是美国唯一能够对生物分子进行高压小角X射线散射(SAXS)测量的设施。

Royer和她的团队推测，他们在压力下观察到的tRNA的激发态构型可能会被入侵的病毒RNA利用来启动HIV逆转录。这个过程与病毒的传染性有关。

“罗耶博士和她的团队的研究可能会增进我们对艾滋病毒传播方式的理解，”CBIS主任DeepakVashishth说。“此外，地球上超过80%的微生物生物量存在于高压下。了解生物分子序列如何适应高压环境中的功能将为生物技术开发更坚固、更活跃的生物分子提供新方法。”

CHESS的理查德·吉利兰(RichardGillilan)表示：“对于高压结构生物学来说，这是一个激动人心的时刻。”“人们早就知道生物分子在极端压力下会做出有趣的事情，但是直到最近，高压NMR和SAXS等技术还无法供一般研究界使用。现在，我们可以开始看看压力会带来什么影响。在分子细节方面确实如此，并且包括生物医学在内的多个科学领域都对此产生了很大的兴趣。”

Royer与伦斯勒大学的JinqiuWang、TejaswiKoduru、BalasubramanianHarish、ScottA.McCallum、KarishmaS.Patel、EdgarV.Peters和GeorgeMakhatadze一起参与了研究;斯坦福大学的KevinP.Larsen、ElisabettaV.Puglisi和JosephD.Puglisi;和吉利兰。