清華顏寧研究組在《自然》發(fā)表論文揭示PPR蛋白特異識(shí)別單鏈RNA的分子機(jī)制
清華新聞網(wǎng)10月28日電 10月27日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧研究組在《自然》在線發(fā)表了題為Structural basis for the modular recognition of single-stranded RNA by PPR proteins（PPR蛋白特異識(shí)別單鏈RNA的結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)）的論文，在世界上首次報(bào)道了PPR蛋白特異識(shí)別單鏈RNA的分子機(jī)制。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后殷平以及博士研究生李泉秀為該論文共同第一作者。
PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白是廣泛分布于各類生物當(dāng)中一大類蛋白家族，在高等植物葉綠體和線粒體當(dāng)中尤其種類豐富，比如擬南芥和玉米中各有四百多種PPR蛋白。PPR蛋白對(duì)單鏈RNA具有序列特異性識(shí)別模式，與RNA的轉(zhuǎn)錄、剪切、編輯、和穩(wěn)定性等過(guò)程都密切相關(guān)，因?yàn)榕c包括多種農(nóng)作物在內(nèi)的植物細(xì)胞質(zhì)雄性不育有直接聯(lián)系而受到重視。在人類中，PPR蛋白在包括導(dǎo)致Leigh綜合癥在內(nèi)的眾多生理和病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。
圖示為PPR蛋白晶體結(jié)構(gòu)以及對(duì)RNA的特異性識(shí)別。
PPR蛋白的RNA結(jié)合模式與已知的RNA結(jié)合蛋白均不同。PPR蛋白由多個(gè)PPR重復(fù)單元組成，大多數(shù)情況下，一個(gè)經(jīng)典的PPR重復(fù)單元含有35個(gè)氨基酸，每一個(gè)重復(fù)單元可以特異性地識(shí)別一個(gè)RNA堿基，近兩年的生物信息學(xué)和初步生物化學(xué)研究研究顯示PPR模塊與RNA序列有特異的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但其識(shí)別機(jī)理及識(shí)別密碼尚不明確。揭示PPR蛋白特異識(shí)別RNA堿基的分子機(jī)制對(duì)于理解PPR蛋白的工作機(jī)理以及促進(jìn)PPR蛋白生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
顏寧教授研究組與施一公、朱健康、王佳偉、王宏偉等課題組合作，選擇源自玉米葉綠體的PPR10蛋白進(jìn)行了深入的結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)分析，最終獲得了PPR10蛋白在未結(jié)合RNA和特異結(jié)合靶標(biāo)PSAJ單鏈RNA兩種狀態(tài)下的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)顯示，PPR10包含19個(gè)PPR重復(fù)單元，每個(gè)PPR重復(fù)單元均為helix-loop-helix結(jié)構(gòu)，多個(gè)重復(fù)單元組成兩圈右手超螺旋。PPR10-PSAJ的復(fù)合體晶體結(jié)構(gòu)則清晰地揭示了PPR蛋白特異性識(shí)別RNA堿基的分子機(jī)理。特異識(shí)別發(fā)生于PPR重復(fù)單元的第2、5、35位的氨基酸與相對(duì)應(yīng)的RNA堿基，這一結(jié)構(gòu)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)為破解PPR的RNA識(shí)別密碼提供了直接的依據(jù)。
自然界中有許多具有重復(fù)單元構(gòu)造的蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與功能的揭示往往可以把這些蛋白質(zhì)改造為重要的工具蛋白。例如科學(xué)家根據(jù)TALE蛋白對(duì)DNA序列的特異識(shí)別，設(shè)計(jì)組裝能夠識(shí)別任意序列雙鏈DNA的TALEN工具酶，進(jìn)而對(duì)基因組進(jìn)行改造。TALEN已經(jīng)在多個(gè)物種中獲得了廣泛應(yīng)用。這是顏寧課題組與合作者繼2012年1月在《科學(xué)》報(bào)道TALE蛋白識(shí)別雙鏈DNA的分子機(jī)制后，對(duì)重復(fù)單元蛋白的又一項(xiàng)結(jié)構(gòu)與功能研究，希望可以促進(jìn)PPR在生物技術(shù)中的應(yīng)用。
上海同步輻射光源（SSRF）何建華研究員及郁峰博士為數(shù)據(jù)收集提供了及時(shí)有效的幫助，保證了研究組在這一課題上率先取得突破。南開(kāi)大學(xué)龍加福研究組為PPR蛋白的生化性質(zhì)鑒定提供了重要支持。
供稿：醫(yī)學(xué)院 生命學(xué)院 編輯：范 麗
