利用模拟和动力学网络模型揭示核糖开关的动力学与功能

核糖开关是发现于非翻译区的 RNA 元件，通过以极高的特异性结合靶标代谢物来调节基因表达。代谢物与保守适配体结构域的结合会变构改变下游表达平台的构象。基因表达的命运由下游 RNA 序列的变化决定。由于依赖代谢物的共转录折叠和解折叠动力学是核糖开关基因表达的关键决定因素，因此研究核糖开关在存在和不存在代谢物情况下的热力学和动力学至关重要。单分子力实验通过机械响应解读核糖开关的自由能景观，理论和计算研究最近阐明了不同类别核糖开关折叠动力学的独特机制。在此，我们首先讨论核糖开关周围水的动力学，强调水动力学可以增强核酸结构的波动。为了超越天然态波动，我们使用自组织聚合物（SOP）模型预测了 add 腺嘌呤核糖开关在机械力作用下的动力学。除了定量预测 add-核糖开关的折叠景观外，我们的模拟还解释了 pbuE 腺嘌呤核糖开关与 add 腺嘌呤核糖开关之间动力学的差异。为了探测 {\it in vivo} 功能，我们利用折叠景观提出了一个系统级动力学网络模型，以定量预测受动力学控制的核糖开关如何调节基因表达。