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Large Stokes shift fluorescence activation in an RNA aptamer by intermolecular proton transfer to guanine

Zitieren Sie bitte immer diese URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-270274
  • Fluorogenic RNA aptamers are synthetic functional RNAs that specifically bind and activate conditional fluorophores. The Chili RNA aptamer mimics large Stokes shift fluorescent proteins and exhibits high affinity for 3,5-dimethoxy-4-hydroxybenzylidene imidazolone (DMHBI) derivatives to elicit green or red fluorescence emission. Here, we elucidate the structural and mechanistic basis of fluorescence activation by crystallography and time-resolved optical spectroscopy. Two co-crystal structures of the Chili RNA with positively charged DMHBO+ andFluorogenic RNA aptamers are synthetic functional RNAs that specifically bind and activate conditional fluorophores. The Chili RNA aptamer mimics large Stokes shift fluorescent proteins and exhibits high affinity for 3,5-dimethoxy-4-hydroxybenzylidene imidazolone (DMHBI) derivatives to elicit green or red fluorescence emission. Here, we elucidate the structural and mechanistic basis of fluorescence activation by crystallography and time-resolved optical spectroscopy. Two co-crystal structures of the Chili RNA with positively charged DMHBO+ and DMHBI+ ligands revealed a G-quadruplex and a trans-sugar-sugar edge G:G base pair that immobilize the ligand by π-π stacking. A Watson-Crick G:C base pair in the fluorophore binding site establishes a short hydrogen bond between the N7 of guanine and the phenolic OH of the ligand. Ultrafast excited state proton transfer (ESPT) from the neutral chromophore to the RNA was found with a time constant of 130 fs and revealed the mode of action of the large Stokes shift fluorogenic RNA aptamer.zeige mehrzeige weniger

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Autor(en): Mateusz Mieczkowski, Christian Steinmetzger, Irene Bessi, Ann-Kathrin Lenz, Alexander Schmiedel, Marco Holzapfel, Christoph Lambert, Vladimir Pena, Claudia HöbartnerORCiD
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-270274
Dokumentart:Artikel / Aufsatz in einer Zeitschrift
Institute der Universität:Fakultät für Chemie und Pharmazie / Institut für Organische Chemie
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes / der Zeitschrift (Englisch):Nature Communications
Erscheinungsjahr:2021
Band / Jahrgang:12
Aufsatznummer:3549
Originalveröffentlichung / Quelle:Nature Communications (2021) 12:3549. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23932-0
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23932-0
Allgemeine fachliche Zuordnung (DDC-Klassifikation):5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 547 Organische Chemie
Freie Schlagwort(e):RNA; X-ray crystallography; optical spectroscopy; structural biology
Datum der Freischaltung:04.05.2022
Open-Access-Publikationsfonds / Förderzeitraum 2021
Lizenz (Deutsch):License LogoCC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International