第一次，研究人員在單分子水平上實(shí)時觀測了轉(zhuǎn)錄過程中的RNA折疊。他們是如何做到的？他們又從中獲悉了什么？

在一個隔音、溫度恒定、振動控制的地下實(shí)驗(yàn)室，斯坦福大學(xué)的研究人員實(shí)時觀察了RNA的轉(zhuǎn)錄，注視著RNA新生單鏈變長——一個核苷酸——并折疊形成一個調(diào)控核糖體開關(guān)（regulator riboswitch）。這一研究發(fā)表在10月19日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

“到目前為止，沒有人真正在單分子水平上看到過具功能性后果的RNA折疊。這是第一次有人觀察它生成的過程，”論文的作者、斯坦福大學(xué)生物物理學(xué)家Steven Block說。

為了完成這一壯舉，Block和同事們開發(fā)了一種稱作光學(xué)鑷子的光學(xué)捕獲法，利用兩個玻璃珠以及兩束激光測量了轉(zhuǎn)錄過程。相比如計(jì)算機(jī)建模等傳統(tǒng)的非直接研究RNA折疊的方法，完全變性形成的RNA或大量研究核糖體開關(guān)的作用，新技術(shù)有所改進(jìn)。

在他們的光學(xué)鑷子方法中，一個玻璃珠被附著到一個RNA聚合酶分子上，分子連接著pbuE核糖體開關(guān)的DNA模板。pbuE核糖體開關(guān)可調(diào)控將腺嘌呤移出細(xì)胞的枯草桿菌基因的轉(zhuǎn)錄。另一個玻璃珠被附著到一個與轉(zhuǎn)錄RNA互補(bǔ)的部分解開的DNA把手上，握住轉(zhuǎn)錄RNA。

像兩個牽引光束，光子流施加輕微的力到玻璃珠上，將它們固定在位置上，使得研究人員能夠拖拉RNA分子，當(dāng)它在亞納米長度上延伸和折疊時測量RNA鏈。利用散射激光和計(jì)算機(jī)傳感器，他們在Block的電腦上精確地觀測到了RNA的延伸。

“因?yàn)?/SPAN>RNA一次生成一個核苷酸，也許形成了中間產(chǎn)物這一不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它并不存在于最終形式中。這些結(jié)構(gòu)具有重要的功能性結(jié)果，”Block說。

在這種情況下，隨著核糖體開關(guān)轉(zhuǎn)錄，它開始折疊成一個適配體（aptamer）。這一適配體是不穩(wěn)定的，它快速形成了一個終止序列停止基因轉(zhuǎn)錄。但如果存在大量的腺嘌呤，腺嘌呤結(jié)合適配體。這可以暫時穩(wěn)定適配體，防止終止子形成，使得基因其余部分繼續(xù)轉(zhuǎn)錄，生成一種蛋白最終將腺嘌呤運(yùn)送出細(xì)胞。

在這項(xiàng)工作中，Block和同事們發(fā)現(xiàn)這種適配體構(gòu)象僅維持了數(shù)秒，相比終止子序列適配體的穩(wěn)定性要差100億倍。這一時間只是剛剛夠轉(zhuǎn)錄pbuE基因，適配體很快重新裝配成一個終止子。沒有實(shí)時單分子成像，科學(xué)家們永遠(yuǎn)不能看到這一適配體或是了解它調(diào)控基因的機(jī)制。

現(xiàn)在，Block計(jì)劃繼續(xù)利用這一技術(shù)來實(shí)時研究不同的腺嘌呤核糖體開關(guān)以及其他一些小分子的移動和折疊。“了解RNA如何折疊對于了解分子生物學(xué)是絕對至關(guān)重要的。RNA有可能是第一個編碼分子：它可以折疊和生成酶，它具有催化活性它能夠控制基因，”Block說。