2025年8月6日，中国科学技术大学生医部张凯铭/李珊珊课题组在Nature Structural & Molecular Biology杂志发表研究论文“Structural insights into higher-order natural RNA-only multimers”。该研究通过冷冻电镜（cryo-EM）技术解析了三种天然RNA分子——UCC118-Rool RNA、Sag-Golld RNA和Env38-Golld RNA的高阶多聚结构，揭示了RNA在无蛋白参与条件下自发形成稳定多聚体的分子机制。这是首次在亚2 Å分辨率下解析的天然RNA多聚体结构，代表RNA结构生物学的一项重要突破。
研究背景：RNA天然多聚化的结构基础尚属未知
RNA作为一种功能多样的生物大分子，已知可通过自身折叠形成复杂的三维结构。然而，天然RNA形成高阶多聚体的实例非常罕见，相关结构信息也十分有限。本研究聚焦三类富含保守结构模块（如假结、核糖拉链、共轴螺旋、亲吻环和四碱基受体）的长链RNA，解析其在无蛋白条件下通过序列内在驱动形成六聚体、十聚体和十四聚体的高级结构。
技术突破：实现1.96 Å RNA结构分辨率
研究团队通过优化RNA体外转录和折叠条件，结合分子质量光度法和冷冻电镜等多种手段，成功获得了UCC118-Rool RNA的1.96 Å分辨率结构。这是迄今为止分辨率最高的天然RNA冷冻电镜结构。研究揭示这些RNA分子可组装成纳米笼状多聚体，展现出不同的对称性（D3、D5、D7）与结构稳定性。
图注：a. UCC118-Rool RNA的1.96 Å高分辨率冷冻电镜结构；b. UCC118-Rool RNA单体结构展示；c. 1.96 Å分辨率下的单个核苷酸细节；d. Sag-Golld RNA的冷冻电镜结构；e. Sag-Golld-pretRNA的冷冻电镜结构，显示了Sag-Golld RNA与tRNA之间的连接；f. Env38-Golld RNA的冷冻电镜结构；g. GOLLD序列邻近tRNA分布情况的统计分析图。
功能探索：RNA可作为结构平台参与tRNA加工
在功能层面，Sag-Golld RNA结构中包含一个柔性的pretRNA序列，正好位于其纳米笼界面，可能便于与tRNA加工酶的结合。团队进一步通过生物信息学分析发现，GOLLD类RNA在细菌、噬菌体和环境宏基因组中常与tRNA邻近分布，提示其或许具有参与tRNA调控的潜力。
研究意义：RNA可自发构建高阶功能性纳米结构
本研究在结构层面系统揭示了RNA分子如何通过序列编码自组装成高阶结构单元，为理解RNA的多样功能及其在病毒、细菌等系统中的作用提供了重要线索。同时，该工作为RNA纳米技术和合成生物学提供了新的天然模板，具有广阔的工程化应用前景。
该研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院先导等项目的资助，以及获得了细胞动力学教育部重点实验室、中国科大冷冻电镜中心及附一院的大力支持。中国科学技术大学生医部博士研究生张盛春、伊然、安林凤为共同第一作者，姚雪彪教授在该工作上给予了重要帮助。李珊珊副教授和张凯铭教授为共同通讯作者。