2018_RNA G-quadruplexes are globally unfolded in eukaryotic cells and depleted in bacteria

文章的核心内容包括：

1. **研究背景**：RNA G-四链体（G-quadruplexes）是一种在体外可以形成稳定四链结构的RNA分子。尽管它们在基因调控和疾病中的作用已被暗示，但在细胞内形成直接证据一直缺乏。

2. **研究发现**：研究者鉴定了数千个可以在体外折叠成G-四链体的哺乳动物RNA区域，但与之前的假设相反，这些区域在细胞内普遍是展开的。在真核细胞中展开的模型RNA G-四链体在大肠杆菌（Escherichia coli）中表达时能够折叠，但它们会损害翻译和生长，这有助于解释为什么在细菌转录组中检测到的G-四链体形成区域较少。

3. **研究方法**：研究者使用化学探针（如二甲基硫酸盐DMS）来研究RNA的结构，并通过高通量测序技术（DMS-seq）监测细胞内RNA的折叠状态。此外，还使用了SHAPE（选择性2'-羟基丙酰化分析）试剂来研究RNA结构。

4. **研究结果**：在真核细胞中，大多数G-四链体区域在细胞内是展开的，而在细菌中，G-四链体形成序列在进化过程中被耗尽。在真核细胞中，即使在高浓度的钾离子（K+）下，G-四链体区域仍然保持展开状态，这表明真核细胞具有强大的机制来维持G-四链体的展开状态。

5. **结论**：研究结果表明，真核生物具有一套强大的机制来全局展开RNA G-四链体，而一些细菌则通过进化耗尽了G-四链体形成序列。这些发现为理解G-四链体在细胞内的折叠状态提供了新的见解，并为进一步研究其在生物学过程中的作用提供了框架。

文章的这些发现对于理解RNA G-四链体在细胞内的功能和调控机制具有重要意义，并可能对开发针对这些结构的药物提供新的策略。

文章中提到的“在细菌中rG4被耗尽”（depleted in bacteria）的含义是指在细菌的转录组中，能够形成RNA G-四链体（rG4）的序列相对较少。这种耗尽可能是由于细菌在其进化过程中，通过自然选择机制，逐渐丢失或减少了那些有潜力形成G-四链体结构的RNA序列。这种选择可能发生在以下几个方面：

1. **生长和翻译效率**：文章中提到，当在细菌中人为地引入能够形成G-四链体的RNA序列时，这些序列会干扰翻译过程，并导致细菌生长速度减慢。这表明G-四链体结构可能对细菌的生存和繁殖有负面影响。

2. **进化压力**：由于G-四链体结构可能对细菌的生长和翻译产生不利影响，细菌可能在进化过程中通过基因突变和选择性压力，逐渐淘汰了那些容易形成G-四链体的RNA序列。

3. **基因组紧凑性**：细菌的基因组相对较小，这可能意味着它们在进化过程中更倾向于维持一个紧凑、高效的基因组结构，而减少那些可能导致复杂性和调控问题的RNA结构，如G-四链体。

因此，文章中的“耗尽”一词描述的是细菌基因组中G-四链体形成序列的减少，这可能是细菌为了提高生长效率和适应性而进行的一种分子层面上的优化。

在其他生物体中，RNA G-四链体（rG4）结构的存在和稳定性可能会有所不同，这取决于特定生物体的进化历史、生理条件和基因调控机制。文章中提到的研究主要集中在真核细胞和细菌中rG4结构的分布和稳定性。

对于真核生物，研究表明它们具有一套机制来维持rG4结构在大多数情况下处于展开状态，这可能是为了避免rG4结构对RNA功能和细胞代谢的潜在干扰。然而，这并不意味着真核生物中rG4结构完全被耗尽，而是它们可能在特定的细胞类型或生理条件下以调控的方式存在。

对于细菌，研究发现它们的转录组中rG4形成序列相对较少，这可能是由于进化过程中对这些结构的不利影响进行了选择性耗尽。这种耗尽现象可能是由于细菌面临的选择压力和基因组优化的需求。

对于其他类型的生物，如古菌和病毒，rG4结构的存在和稳定性可能会有不同的表现。例如，某些病毒可能利用rG4结构进行基因调控或病毒复制，而在古菌中，rG4结构可能在适应极端环境中发挥作用。

总的来说，rG4结构在不同生物体中的分布和稳定性是一个复杂的现象，受到多种生物学和进化因素的影响。未来的研究可能会揭示更多关于rG4结构在不同生物体中的作用和调控机制。

在古菌和病毒中，RNA G-四链体（rG4）结构的存在确实可能对它们的生命周期和功能产生重要影响，尽管这方面的研究相比真核生物和细菌来说较少。以下是一些关于rG4结构在古菌和病毒中可能的作用：

1. **病毒**：

  - **基因表达调控**：在某些病毒中，rG4结构可能参与调控基因表达。例如，HIV-1的基因组RNA中就含有能够形成rG4结构的序列，这些结构可能影响病毒RNA的翻译和复制。

  - **病毒复制**：rG4结构可能在病毒复制过程中起到关键作用，例如作为病毒复制复合体的组装或解组装的一部分。

  - **抗病毒药物的靶点**：rG4结构也可以作为抗病毒药物设计的潜在靶点，因为它们可能对病毒的生命周期至关重要。

2. **古菌**：

  - **应激反应**：古菌可能利用rG4结构作为应对环境应激的一种机制，例如在高盐或高温条件下维持RNA的稳定性。

  - **基因调控**：在古菌中，rG4结构可能参与基因表达的调控，类似于在真核生物中的作用，尽管具体的机制可能有所不同。

需要注意的是，尽管rG4结构在古菌和病毒中的确切作用尚未完全阐明，但已有的研究表明这些结构在RNA代谢和病毒生命周期中可能扮演重要角色。未来的研究可能会揭示更多关于rG4结构在这些生物体中的具体功能和生物学意义。

科学家发现细菌中的RNA G-四链体（rG4）被耗尽主要是通过比较细菌转录组中预测的rG4形成序列与实际观察到的rG4结构的数量。这一发现涉及以下几个关键步骤：

1. **预测rG4形成序列**：使用生物信息学工具和算法来预测细菌基因组序列中可能形成rG4结构的RNA序列。这些工具通常基于G-四链体形成的序列特征，如富含鸟嘌呤（G）的重复序列。

2. **实验验证**：通过实验方法，如化学探针分析、高通量测序技术（如DMS-seq或SHAPE-seq），来检测细胞内RNA的实际折叠状态。这些技术可以揭示RNA分子中哪些区域在细胞内是折叠的，哪些是展开的。

3. **比较分析**：将预测的rG4形成序列与实验观察到的rG4结构进行比较。在这项研究中，科学家发现细菌转录组中预测的rG4形成序列数量远多于实际观察到的rG4结构数量，这表明细菌中存在一种机制，导致rG4结构在细胞内被耗尽或避免形成。

4. **功能研究**：进一步的实验研究，如在细菌中表达含有rG4结构的RNA序列，并观察这些结构对细菌生长和翻译的影响，可以提供关于rG4结构在细菌中被耗尽的原因和生物学后果的线索。

通过这些方法，科学家得出结论，细菌可能通过进化过程中的选择性压力，减少了rG4形成序列的数量，从而避免了rG4结构在细胞内的形成，这可能是为了维持细胞内的RNA代谢和功能的稳定性。