千人學者發表最新文章:RNA剪接復合體的組裝新機制
日期:2016-11-25 09:11:45
前體mRNA剪接是一個高度動態的復雜過程,隨著剪接反應的進程剪接體復合物隨之重組和解離。這個過程對于生物機體基本功能具有重要的意義。近期來自中國科學院生物物理研究所許瑞明研究組解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端與snRNA。
底物的復合物晶體結構,驗證了Gemin5與snRNA之間的序列特異性結合模式,并提示了介導兩者相互作用的關鍵因素。
這一研究成果公布在Genes & Development雜志上,文章的通訊作者是生物物理研究所許瑞明研究員和王明珠副研究員。許瑞明研究員早畢業于浙江大學,入選國家“千人計劃”,國家“杰出青年基金”,研究組主要從事基因表達與調控的結構生物學研究。具體研究內容又分為基因轉錄的表觀遺傳調控和RNA轉錄后加工兩個方向。
剪接體組裝的基石是5種富含尿嘧啶的小核核糖核酸-蛋白質復合物(U1,U2,U4/ U6和U5 snRNP),它們的核心分別由各自的小核RNA (snRNA)以及結合在其保守Sm序列上的七個不同Sm蛋白所組成。snRNP的正確組裝是RNA剪接復合體形成的必要前題,然而其中的分子機制并不清楚。
在體內,snRNP的組裝需要SMN復合物的參與。SMN復合物中的SMN和Gemin2結合Sm蛋白,Gemin5結合snRNA。目前關于后者的機制認識缺乏,揭示Gemin5與snRNA的作用方式和識別特征,對于全面了解SMN復合物介導snRNP組裝的分子機制具有重要意義。
許瑞明研究組通過體外生化實驗確定了Gemin5與U4 snRNA的結合區域,并解析了1.9 Å分辨率的Gemin5蛋白N端與snRNA底物的復合物晶體結構。結構顯示,Gemin5蛋白N端形成雙7葉β-螺旋槳狀WD40結構域,橫跨這兩個WD40頂端的連續的堿性區域結合了U4 snRNA中Sm序列的前六個堿基。研究還發現緊鄰Sm序列5’端的一個腺嘌呤對于蛋白的結合也起到重要作用。針對相關氨基酸殘基和堿基的一系列定點突變實驗結果驗證了Gemin5與snRNA之間的序列特異性結合模式,并提示了介導兩者相互作用的關鍵因素。
由于WD40結構域是近年來鑒定的新型RNA結合蛋白,因此這項工作的另一個重要意義在于首次揭示了串聯WD40結構域RNA之間直接的相互作用方式。
去年,清華大學的研究組報道了通過單顆粒冷凍電子顯微技術(冷凍電鏡)解析的酵母剪接體近原子分辨率的三維結構,并在此結構的基礎上進行了詳細分析,闡述了剪接體對前體信使RNA執行剪接的基本工作機理。
這一研究對剪接體近原子分辨率結構的解析,不僅初步解答了這一基礎生命科學領域長期以來備受關注的核心問題,又為進一步揭示與剪接體相關疾病的發病機理提供了結構基礎和理論指導。