863项目ncRNA结构研究登Cell子刊

　　

生物通报道，北京生命科学研究所叶克穷研究组在最近的Cell子刊《Molecular Cell》上发表文章Structural mechanism of substrate RNA recruitment in H/ACA RNA-guided pseudouridine synthase，该研究提出的三维结构模型揭示了一种非编码RNA如何帮助蛋白质寻找特异底物分子。

 

文章该通讯作者为叶克穷博士，第一作者段景琦是NIBS和北京大学联合培养的博士生，论文的其他作者还有李玲博士，博士研究生卢静和王伟。该项研究由科技部863项目和北京市政府资助，在北京生命科学研究所完成。

 

随着生命科学研究的不断深入， RNA对生命活动的意义已经远远超出了原有的理解：他们不仅仅作为编码蛋白质的模板，许多不编码蛋白质的RNA在生命过程也有重要的功能。非编码RNA究竟担当什么样的生物学功能引起了生物学家的极大的兴趣。

 

据NIBS消息，由叶克穷博士领导的研究小组在研究一类称为H/ACA RNA的非编码RNA。已经知道H/ACA RNA可以引导一个蛋白质——即假尿嘧啶合成酶Cbf5——在底物RNA上面找到目标尿嘧啶，然后Cbf5将其修饰为假尿嘧啶。H/ACA RNA含有一段介导序列，这段序列通过和底物上目标尿嘧啶两边的碱基序列互补配对而实现特异性底物选择。H/ACA RNA除了和假尿嘧啶合酶Cbf5，还有另外三个辅助蛋白质Nop10、L7ae和Gar1形成大约10纳米大小的分子机器来完成底物特异识别和修饰。

 

该研究小组应用X射线晶体学的手段解析H/ACA复合体的三维空间结构。他们以前解析了一个完整复合体的晶体结构，对该复合体中各组分之间的相互作用已经有了清楚的了解，但是以前的结构没有结合底物分子，因此对底物加载过程还知之甚少。这次他们解析了处于活性状态的结合底物的结构。新的结构显示底物RNA和H/ACA RNA上面的介导序列互补配对形成两段螺旋结构，并且蛋白质和底物RNA形成众多相互作用，使目标尿嘧啶恰好放在了活性中心。他们还发现Cbf5上一个突环的构象在底物结合前后发生剧烈的变化：没有底物结合时，突环锚定在Gar1上面；而底物结合后，突环紧扣在处于活性中心的底物RNA。他们推测这个突环象个开关控制着底物的加载和释放。进一步的生化研究结果也支持这一推测，突环和Gar1突变显著降低了修饰反应的速率。因此该小组最新的研究工作大大加深了对由H/ACA RNA引导的假尿嘧啶合成酶的工作机制的认识。

 

生物通推荐原文检索：Structural mechanism of substrate RNA recruitment in H/ACA RNA-guided pseudouridine synthase

【Abstract】

Jingqi Duan1,2,Ling Li2,Jing Lu2,3,Wei Wang2,3andKeqiong Ye2,,

1 College of Life Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

2 National Institute of Biological Sciences, Beijing 102206, China

3 Graduate Program in Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100730, China

 

【Summary】

H/ACA RNAs form ribonucleoprotein complex (RNP) with proteins Cbf5, Nop10, L7Ae, and Gar1 and guide site-specific conversion of uridine into pseudouridine in cellular RNAs. The crystal structures of H/ACA RNP with substrate bound at the active site cleft reveal that the substrate is recruited through sequence-specific pairing with guide RNA and essential protein contacts. Substrate binding leads to a reorganization of a preset pseudouridylation pocket and an adaptive movement of the PUA domain and the lower stem of the H/ACA RNA. Moreover, a thumb loop flips from the Gar1-bound state in the substrate-free RNP structure to tightly associate with the substrate. Mutagenesis and enzyme kinetics analysis suggest a critical role of Gar1 and the thumb in substrate turnover, particularly in product release. Comparison with tRNA 55 synthase TruB reveals the structural conservation and adaptation between an RNA-guided and stand-alone pseudouridine synthase and provides insight into the guide-independent activity of Cbf5.

叶克穷实验室简介

我们实验室主要研究蛋白质和核糖核酸之间的相互作用。核糖核酸除了在基因表达中作为信使,还行使许多其他的功能。在各种生物体中已经发现了很多非编码的核糖核酸，它们不翻译成蛋白质，却在分子结构，反应催化，基因调节中发挥重要作用。这些非编码核糖核酸通常和蛋白质形成复合物行使功能。实验室主要的研究领域包括核酸干扰，这是由长度约为21个核甘酸的微小核糖核酸介导的基因调控过程。我们实验室将研究这些微小核酸生物发生机理，工作原理和调控途径。我们还研究由核糖核酸引导的核糖核酸修饰系统，如催化核糖甲基化的C/D RNP和假尿嘧啶化的H/ACA RNP。实验室主要使用X光晶体学，核磁共振等结构方法以及生化分析作为研究手段。

Publications:

 

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