RNA领域泰斗Nature解析基因沉默关键蛋白

【字体: 时间:2012年06月21日 来源:生物通

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  来自怀特黑德研究所和纪念斯隆-凯特琳癌症中心的研究人员在新研究中明确和分析了结合在RNA上的酵母Argonaute蛋白的晶体结构。这一复合物在沉默基因表达的RNA干扰(RNAi)信号中发挥了关键性的作用。描述真核生物Argonaute蛋白的分子结构是近十年来RNAi领域的目标。这一研究成果发布在6月21日的《自然》(Nature)杂志上。

  

生物通报道  来自怀特黑德研究所和纪念斯隆-凯特琳癌症中心的研究人员在新研究中明确和分析了结合在RNA上的酵母Argonaute蛋白的晶体结构。这一复合物在沉默基因表达的RNA干扰(RNAi)信号中发挥了关键性的作用。描述真核生物Argonaute蛋白的分子结构是近十年来RNAi领域的目标。这一研究成果发布在6月21日的《自然》(Nature)杂志上。

领导这一研究的是纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Dinshaw Patel和怀特黑德研究所成员、麻省理工学院生物学教授及霍华德休斯医学研究所研究员David Bartel。David Bartel是microRNA方面世界级的领军人物,植物miRNA研究的鼻祖。主要从事的研究包括RNAi,miRNAs以及small RNAs分子等方面。后者是享有国际盛誉的结构生物学专家,曾顶级杂志上发表过大量的研究论文,仅在Nature杂志上就有14篇。其2009年当选美国科学院院士。目前主攻RNA感染和组蛋白/表观遗传学密码。

David Bartel 说:“你可以从生化实验中了解到很多,然而要更充分地了解Argonaute蛋白,知道所有原子所在的位置以及哪些氨基酸正在发挥重要作用是非常有帮助的。知道Argonaute的晶体结构是了解RNAi生物化学信号的一个重要步骤,将成为未来许多实验的基础。”

在人类和大多数其他的真核生物,RNAi信号可通过减少蛋白质的RNA模板而降低细胞蛋白质合成。利用这一途径科学家们能够抑制特异蛋白的表达,从而确定它们在细胞内或生物体中的作用。这一RNAi信号对于人类疾病治疗领域也是一个相当大的兴趣。

RNAi依赖于两种蛋白Dicer 和Argonaute。Dicer识别双链RNA(dsRNA),结合在RNA上,将其切割成长为21-23个核苷酸的片段。Argonaute能识别dsRNA片段,会选择结合在一条单链分子上,根据单链RNA分子的序列寻找能够与其互补配对的mRNA分子,切割靶向的mRNA,由此阻止它作为模板生成蛋白质。

为了确定Argonaute的结构,Bartel和研究生David Weinberg以及纪念斯隆-凯特琳癌症中心Dinshaw Patel实验室的Kotaro Nakanishi的一起展开了协作。尽管研究小组原先期待的是解析单个Argonaute的结构,然而他们惊讶地发现在结构中观察到的蛋白还结合了一些小RNA片段。这些RNAs的加入将蛋白质转换到了包含四个元件活性位点的激活状态,识别它解开了一个长期存在的秘密即什么构成了“缺失”的第四个组成部分。有这一复合物结构在手,科学家们现在更好地了解了它的运作机制。

Weinberg说:“第一次看到真核生物Argonaute的晶体结构非常令人兴奋,它是那么大的一个蛋白具有复杂的拓扑结构和许多移动元件。这真是一个令人印象深刻的分子机器。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Structure of yeast Argonaute with guide RNA

The RNA-induced silencing complex, comprising Argonaute and guide RNA, mediates RNA interference. Here we report the 3.2 Å crystal structure of Kluyveromyces polysporus Argonaute (KpAGO) fortuitously complexed with guide RNA originating from small-RNA duplexes autonomously loaded by recombinant KpAGO. Despite their diverse sequences, guide-RNA nucleotides 1–8 are positioned similarly, with sequence-independent contacts to bases, phosphates and 2′-hydroxyl groups pre-organizing the backbone of nucleotides 2–8 in a near-A-form conformation. Compared with prokaryotic Argonautes, KpAGO has numerous surface-exposed insertion segments, with a cluster of conserved insertions repositioning the N domain to enable full propagation of guide–target pairing. Compared with Argonautes in inactive conformations, KpAGO has a hydrogen-bond network that stabilizes an expanded and repositioned loop, which inserts an invariant glutamate into the catalytic pocket. Mutation analyses and analogies to ribonuclease H indicate that insertion of this glutamate finger completes a universally conserved catalytic tetrad, thereby activating Argonaute for RNA cleavage.

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