RNA干扰是活细胞控制特定基因是否被使用的一种自然机制。RNA干扰的发现获得了2006年诺贝尔生理学或医学奖，科学家们随后利用这一发现创建了一类强大且不断发展的药物，能够抑制与疾病相关的基因。已有七种此类药物获得了美国食品药品监督管理局(FDA)的批准，包括inclisiran，后者可以将每日服用的降胆固醇药片替换为每年仅需注射两次的疗法。尽管取得了这些临床成功，但该系统执行切割的分子细节仍不甚明了。
现在，斯克里普斯研究所的科学家们首次捕获了人类RNA干扰分子机器在切割准备状态下的高分辨率结构图像。他们的研究成果发表在《自然-结构与分子生物学》杂志上，确定了决定分子机器何时何地进行切割的精确原子相互作用。这些结构揭示了蛋白质中哪些组成模块对其功能至关重要，并为某些RNA序列为何比其他序列更有效地切割靶标提供了机制性解释。
"RNA干扰已成为一种强大的疾病治疗平台，每年都有更多药物进入研发管线，"这项新研究的资深作者、斯克里普斯研究所教授Ian MacRae表示，"但到目前为止，我们在设计这些药物时一直如同在黑暗中摸索。这项工作终于为我们提供了理解什么造就了良好的治疗性siRNA以及如何设计更好siRNA所需的结构图景。"
为何筛选过程缓慢
对药物开发者来说，挑战在于，对于任何一个致病基因，可能有成千上万种不同的siRNA序列能够潜在地关闭相应的靶标RNA。研究人员一直无法在不进行测试的情况下预测哪些siRNA序列会成功，这导致开发新的RNA干扰药物需要经历漫长的试错过程。
在新研究中，MacRae实验室的博士后研究员Sucharita Sarkar和高级科学家Luca Gebert（共同第一作者）着手确定阿戈诺特2蛋白在切割准备状态下的高分辨率结构——该结构与siRNA分子结合并准备切割相应的信使RNA。他们的挑战是，这种状态仅持续短暂的瞬间。
"诀窍在于我们必须设计出一组特殊的突变，以稳定这种活性构象，"Gebert说。
阿戈诺特2如何弯曲RNA
一旦他们确定了这些突变，研究团队就使用冷冻电子显微镜(cryo-EM)技术捕获了阿戈诺特2在切割RNA靶标前瞬间的原子级排列。该结构揭示了一个令人惊讶的现象：指导-靶标RNA双链体并非以直线、自然的构象存在于阿戈诺特2内部，而是被物理扭曲。
这种由阿戈诺特2带来的协调性变形，将必须切割的精确化学键直接定位在蛋白质的"分子剪刀"内部。
"我们首次能够确切地看到两个先前被忽视的氨基酸在活性位点中的位置——它们的位置重新定义了我们对阿戈诺特2催化的理解，"Sarkar说。
这两个氨基酸——赖氨酸709和精氨酸710——帮助驱动切割反应，与已知对切割RNA重要的其他四个氨基酸协同工作。赖氨酸709作为一个分子检查点，在延伸的指导-靶标配对触发双链体变形从而将其释放到切割位置之前，一直被保持在活性位点之外。精氨酸710通过感知靶标RNA中特定位置的身份来微调催化效率，这解释了siRNA设计中一个长期存在但理解不足的经验规则。
设计更强效siRNA的线索
除了阐明RNA干扰中的关键步骤外，这项新研究还可能为如何设计最有可能有效的siRNA分子提供具体指导。允许配对RNA更容易采用扭曲形状的序列和化学修饰预计会促进阿戈诺特2的激活，而使中央区域刚性化的序列则可能会损害其效果。
MacRae表示，这项工作开启了所谓"理性设计"的大门——基于结构原理而非试错来设计siRNA序列。
"这类药物已经给人留下深刻印象，而正在开发的药物只会变得更加强大，"他表示，"在这一水平上理解其机制应该使我们能够从一开始就设计出更好的药物，这可能会扩大我们能够用RNA干扰技术治疗的疾病范围。"
出版详情
Sucharita Sarkar等人，《人类阿戈诺特2的催化激活需要RNA双链体变形》，《自然-结构与分子生物学》(2026)。DOI: 10.1038/s41594-026-01840-5
期刊信息：
《自然-结构与分子生物学》
关键概念
生物分子
提供方
斯克里普斯研究所
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