清華新聞網(wǎng)2月27日電 RNA干擾（RNAi）作為一種高度保守的RNA沉默機制，在基因表達調(diào)控、病毒感染防御以及基因組免受轉(zhuǎn)座子活性影響等方面發(fā)揮著關鍵作用。與miRNA（micro-RNA）和exo-siRNA（exogenoussmall interfering RNA）介導的小RNA干擾過程相比，目前關于較長且具有復雜結(jié)構(gòu)的endo-siRNA（endogenoussmall interfering RNA,esiRNA）的加工、成熟及其功能機制的研究相對有限。
2月20日，清華大學生命學院王宏偉課題組與復旦大學麻錦彪課題組合作，在《核酸研究》（Nucleic Aids Research）雜志上發(fā)表了題為“果蠅Dicer-2和Loqs-PD加工產(chǎn)生內(nèi)源siRNA的結(jié)構(gòu)基礎”（Structural basis of endo-siRNA processing by Drosophila Dicer-2 and Loqs-PD）的研究論文。該論文通過冷凍電鏡單顆粒技術結(jié)合體外生化實驗，闡明了果蠅Dicer-2（Dcr-2）剪切產(chǎn)生成熟esiRNA的過程及其結(jié)構(gòu)機制，并揭示了Loqs-PD在該過程中發(fā)揮的必要作用。
Dcr-2/Loqs-PD復合物加工pre-esiRNA的模型
研究團隊以果蠅細胞中報道最多的兩種esiRNA前體（pre-esiRNA）——esi-1和esi-2為基礎開展研究。在ATP和鎂離子存在的條件下，首次獲得了Dcr-2/Loqs-PD復合物與pre-esiRNA相互作用的剪切前狀態(tài)（pre-dicing state）的高分辨結(jié)構(gòu)，并解析了分辨率更高的剪切活性狀態(tài)（dicing state）的Dcr-2/Loqs-PD/pre-esiRNA復合物結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)有助于更清晰地觀測Dcr-2與底物RNA之間的相互作用關系。在剪切前狀態(tài)向剪切狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，Dcr-2的Helicase和DUF283結(jié)構(gòu)域發(fā)生了明顯的構(gòu)象扭轉(zhuǎn)。雖然在剪切前狀態(tài)中pre-esiRNA到達了Platform/PAZ結(jié)構(gòu)域，但并未形成穩(wěn)定的相互作用；而在ATP水解的驅(qū)動下，pre-esiRNA通過Helicase結(jié)構(gòu)域繼續(xù)向上傳遞，使其3’末端進一步移動1nt，最終穩(wěn)定結(jié)合到PAZ結(jié)構(gòu)域的3’結(jié)合口袋中。
在沒有ATP的情況下，研究解析了Dcr-2/Loqs-PD/pre-esiRNA復合物（initial binding state）以及沒有Loqs-PD輔助時的Dcr-2/pre-esiRNA復合物（loading state）的結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有Loqs-PD存在時，pre-esiRNA雖然可以一端結(jié)合在Platform/PAZ結(jié)構(gòu)域，另一端穿過Helicase結(jié)構(gòu)域，但Dcr-2中的多個結(jié)構(gòu)域會發(fā)生顯著的構(gòu)象變化，導致pre-esiRNA遠離RNase III結(jié)構(gòu)域，無法進行剪切。這表明，pre-esiRNA的加工過程需要Loqs-PD的協(xié)助，才能使其結(jié)合到Dcr-2的Helicase結(jié)構(gòu)域中，從而保證剪切的順利進行。同時，體外生化實驗表明，Dcr-2/Loqs-PD復合物對結(jié)構(gòu)復雜的pre-esiRNA的剪切是從特征閉合端開始的，而非松散末端。該研究揭示了Dcr-2/Loqs-PD復合物對具有復雜結(jié)構(gòu)的pre-esiRNA加工的分子機制。
清華大學生命學院王宏偉教授、王家副研究員以及復旦大學麻錦彪教授為論文共同通訊作者，清華大學生命學院2018級博士生曹娜、王家副研究員以及復旦大學鄧婷博士為論文共同第一作者。國家蛋白質(zhì)科學中心（北京）、清華大學冷凍電鏡平臺、清華大學高性能計算平臺和水木未來（北京）科技有限公司為該研究提供了設備和技術支持。研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、北京結(jié)構(gòu)生物學高精尖創(chuàng)新中心、清華-北大生命科學聯(lián)合中心等的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkaf102
供稿：生命學院
編輯：李華山
封面圖設計：賀茂藤
審核：郭玲
