Puls EPR Methoden im Angstöm‐ bis Nanometerbereich geben Aufschluss über die konformationelle Flexibilität eines Fluorid‐Riboschalters

Abstract

Riboschalter steuern die Genregulation in Reaktion auf externe Reize wie Umweltfaktoren oder Ligandenbindung. Der fluoriderkennende Riboschalter aus Thermotoga petrophila ist eine komplexe regulatorische RNA, von der angenommen wird, an der Resistenz gegen die zytotoxische Wirkung von Fluorid beteiligt zu sein. Details der Struktur und Dynamik, die dem regulatorischen Mechanismus zugrunde liegen, werden derzeit diskutiert. Hier zeigen wir, dass mit einer Kombination aus Puls Elektronen‐Paramagnetischer‐Resonanz (ESR/EPR) Spektroskopien, die Abstände im Angström‐ bis Nanometerbereich detektiert, spezifische Bereiche konformationeller Flexibilität in diesem Riboschalter untersucht werden können. PELDOR (pulsed electron‐electron double resonance) zeigte eine ähnliche Präorganisation der Sensordomäne in drei Formen: der freien Aptamerform, der Mg2+‐gebundenen apo‐Form und der F−‐gebundenen holo‐Form. 19F ENDOR (electron‐nuclear double resonance) wurde verwendet, um die Struktur des aktiven Zentrums der F−‐gebundenen holo‐Form zu untersuchen. Abstandsverteilungen ohne vorherige strukturelle Informationen wurden mit auf der Kristallstruktur basierenden in silico Modellierungen der Spinmarkerkonformationen verglichen. Während PELDOR, welches die Peripherie der RNA Faltung untersucht, die konformationelle Flexibilität des RNA Rückgrats aufdeckte, zeigte ENDOR eine geringe strukturelle Heterogenität der Ligandenbindungstasche. Die Kombination aus PELDOR und ENDOR lieferte sub‐Angström‐präzise Einblicke in die strukturelle Organisation und Flexibilität eines Riboschalters, die mit anderen biophysikalischen Techniken nur schwer zu erreichen sind.