留德归来，北京教授捧回国家科技奖，最新成果登上Nature子刊，引发国际关注！

RNA的降解过程在保证生物体内遗传信息的高保真翻译中起着决定性作用。然而，实时可视化单碱基降解过程并在单酶水平上破译降解机制仍是巨大的挑战。

近日，北京科技大学李立东教授与北京大学郭雪峰共同通讯在Nature Communications在线发表题为“Single-exonuclease nanocircuits reveal the RNA degradation dynamics of PNPase and demonstrate potential for RNA sequencing”的研究论文，该研究表明单核酸外切酶纳米回路揭示了PNPase的RNA降解动力学，并展示了RNA测序的潜力。

RNA降解是转录组信息传递的终点，通过对突变和片段性RNA的降解来保证遗传信息的高保真度，衰老非编码RNA的降解对维持生理环境的健康运行也起着决定性作用。全面破解RNA降解机制对于研究转录组信息传递的高保真原理细节和生理环境的精确调控规律至关重要；生物大分子系统的结构信息和动力学特性对于探索其内在机制和相应功能具有重要意义。

用于分析酶-底物催化反应过程中构象变化的宏观技术通常会产生关于样品的集体信息，这些信息可以掩盖单个酶的详细性质。为了克服这一问题，迫切需要开发能够在单分子水平上获得内在信息的方法。而单分子电检测技术的出现为在单个事件水平上研究生物相互作用和化学反应提供了一种先进的方法。

（来源：Nature Communications）

大肠杆菌PNPase是一种典型的同源三聚体外切酶，由两个N端RNase PH结构域、两个C端结构域和KH/S1结构域组成。在磷酸的存在下，它可以催化RNA的逐步水解。此项研究中，团队提出了一种可靠的基于超高时间分辨率的硅纳米线场效应晶体管的原位单PNPase分子动态电探测器，这些设备能够以单碱基分辨率实现RNA类似物降解的实时和无标记监测，包括RNA类似物结合、单核苷酸水解和单碱基移动。

研究中，作者发现了酶（在活性位点附近）与核苷的结合事件，进一步理解了RNA降解机制。依靠对独立读段的系统分析，在RNA核苷测序中，大约80%的准确性在单个测试过程中实现。这一概念验证为机械探索和单分子测序的高通量检测技术的发展建立了一个互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的平台。

（来源：Nature Communications）

该方法结合微秒时间分辨率技术，可以实时、高保真、单碱基分辨率直接揭示单分子RNA的详细降解过程。重要的是，这种方法能够有效地区分给定RNA序列中的不同核苷，从而为未来精确的单分子测序奠定了技术基础。探索科学前沿、勇攀科技高峰，北科大人将始终孜孜以求，步履不停。

李立东，北京科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。在德国留学期间曾获首届中国政府优秀海外留学人员奖学金；2014年获教育部技术发明奖一等奖；2015年获国家技术发明奖二等奖。

注：文章部分素材来源于北京科技大学材料科学与工程学院官网、北京科技大学新金属材料国家重点实验室官网、中国生物物理学会、Nature Communications官网

转自：“小木虫考博”微信公众号

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