The structure in solution of a 34-nucleotide RNA molecule, which contains the conserved panhandle sequences, were determined by NMR spectroscopy and molecular modeling. The partially double-stranded panhandle structure of the influenza virus RNA serves to regulate initiation and termination of viral transcription as well as polyadenylation. The panhandle RNA consists of internal loop flanked by short helices. The nucleotides at or near the internal loop are crucial for polymerase binding and transcriptional activity. Several differences from the wild-type sequences were introduced into the sequences of our model panhandle RNA in order to increase the synthesis yield when preparing the sample. We found that these modifications did not interfere with promoter activity and full length transcripts were made by the influenza RNA polymerase. The partially complementary 3'- and 5'-ends of the RNA form a double helical structure which is, on average, close to A-form. The stem contains bulges at nucleotides A10, A12 and C26 which are important polymerase binding and transcriptional activities. NMR results provide that C11 and G25 form a Watson-Crick base pair. Although residues A10 and A12 are stacked in the helix, the phosphodiester backbones are distorted. Residue C26 is not stacked in the helix but is shifted to the minor groove, perpendicular to the neighboring bases, and is believed to be stabilized by hydrogen bonds between an amino proton of C26 and N1 of A12 and between O2 of C26 and an amino proton of G25. However, we could not find direct NMR evidence for these hydrogen bonds. Residues A12, A13 and G25 show dynamic sugar conformations, and the backbone conformations of these nucleotides are flexible. This backbone conformation and its associated flexibility may be important for protein-RNA interactions as well as for base-specific interactions.
인플루엔자에서 염기서열이 보존되는 팬핸들 구조를 포함하고 있는 RNA의 구조를 핵자기 공명 분광법과 분자 모델링을 이용하여 연구하였다. 부분적으로 이중나선 구조를 가지고 있는 이 팬핸들 RNA는 바이러스의 전사에서 시작, 종결 그리고 polyadenylation에 관여하는 것으로 알려져 있다. 이 팬핸들 RNA는 짧은 이중나선으로 구성되어 있으면 그 중간에 bulge와 internal loop 를 가지고 있다. 실험과정상 몇가지 변형된 서열로 NMR 실험을 수행하였으나, 그 변형이 cRNA를 만드는 복제를 막지는 않았다. NMR결과는 이 RNA가 부분적으로 이중나선 구조를 가지면 전체적으로는 A-form의 구조를 만든다는 것을 밝혔다. 이중나선 가운데에 중합효소가 결합하고 전사를 하는데 중요하다고 알려진 A10, A12, 그리고 C26이 bulge를 형성한다는 것을 알았다. 또한 C11과 G25가 Watson-Crick 수소결합을 한다는 것을 새로 밝혔다. Bulge된 뉴클레오티드 중에 A10 과 A12는 나선구조 속에 위치하면서 stacking이 잘 이루어 지지만, C26은 나선밖으로 빠져나와서 minor groove 쪽으로 옮겨졌으며 옆에있는 염기들과는 수직방향으로 위치해있다. A12, A13, 그리고 G25의 당들은 동적인 성향을 나타내며 이들의 인산염 골격구조 또한 고정되어 있지 않고 동적이다. 전체적으로 보면 이중나선을 한 부분의 구조는 대체적으로 A-form 구조를 가지고 있다. 이중나선의 중간에 있는 G-U wobble 염기쌍은 이 A-form 구조를 크게 벗어나지 않았다. 하지만 나선구조의 중앙부분에 있는 bulge들은 A-form 구조로 부터 많이 벗어나 있으며, 이들의 골격구조또한 정상적인 A-form 구조와는 다른 구조를 가지고 있다. 이러한 인산염 골격구조와 동적 성질들은 염기 특이성 인식과 더불어 단백질과 RNA가 상호작용을 하는데 있어서 중요한 역할을 할 것이라고 기대되어진다.
