清华大学著名教授连发Nature,Cell Res文章解析分子机制

【字体: 时间:2013年11月06日 来源:生物通

编辑推荐:

  早年毕业于清华大学的著名学者颜宁研究组近期接连发表文章,分别报道了PPR蛋白特异识别单链RNA的分子机制,以及拟南芥中ABA(脱落酸)受体家族成员PYL13不依赖ABA特异地抑制PP2CA的分子机制。这些研究成果公布在Nature,及Cell Research杂志上。

  

生物通报道: 早年毕业于清华大学的著名学者颜宁研究组近期接连发表文章,分别报道了PPR蛋白特异识别单链RNA的分子机制,以及拟南芥中ABA(脱落酸)受体家族成员PYL13不依赖ABA特异地抑制PP2CA的分子机制。这些研究成果公布在Nature,及Cell Research杂志上。

在第一篇文章中,颜宁教授研究组与施一公、朱健康、王佳伟、王宏伟等课题组合作,选择源自玉米叶绿体的PPR10蛋白进行了深入的结构生物学和生物化学分析,最终获得了PPR10蛋白在未结合RNA和特异结合靶标PSAJ单链RNA两种状态下的高分辨率晶体结构。结构显示,PPR10包含19个PPR重复单元,每个PPR重复单元均为helix-loop-helix结构,多个重复单元组成两圈右手超螺旋。PPR10-PSAJ的复合体晶体结构则清晰地揭示了PPR蛋白特异性识别RNA碱基的分子机理。特异识别发生于PPR重复单元的第2、5、35位的氨基酸与相对应的RNA碱基,这一结构生物学发现为破解PPR的RNA识别密码提供了直接的依据。

自然界中有许多具有重复单元构造的蛋白质,其结构与功能的揭示往往可以把这些蛋白质改造为重要的工具蛋白。例如科学家根据TALE蛋白对DNA序列的特异识别,设计组装能够识别任意序列双链DNA的TALEN工具酶,进而对基因组进行改造。TALEN已经在多个物种中获得了广泛应用。这是颜宁课题组与合作者继2012年1月在Science报道TALE蛋白识别双链DNA的分子机制后,对重复单元蛋白的又一项结构与功能研究,希望可以促进PPR在生物技术中的应用。

PPR(pentatricopeptide repeat)蛋白是广泛分布于各类生物当中一大类蛋白家族,在高等植物叶绿体和线粒体当中尤其种类丰富,比如拟南芥和玉米中各有四百多种PPR蛋白。PPR蛋白对单链RNA具有序列特异性识别模式,与RNA的转录、剪切、编辑、和稳定性等过程都密切相关,因为与包括多种农作物在内的植物细胞质雄性不育有直接联系而受到重视。在人类中,PPR蛋白在包括导致Leigh综合症在内的众多生理和病理过程中发挥重要作用。

PPR蛋白的RNA结合模式与已知的RNA结合蛋白均不同。PPR蛋白由多个PPR重复单元组成,大多数情况下,一个经典的PPR重复单元含有35个氨基酸,每一个重复单元可以特异性地识别一个RNA碱基,近两年的生物信息学和初步生物化学研究研究显示PPR模块与RNA序列有特异的对应关系,但其识别机理及识别密码尚不明确。揭示PPR蛋白特异识别RNA碱基的分子机制对于理解PPR蛋白的工作机理以及促进PPR蛋白生物技术领域的应用具有重要意义。

其次这一研究组通过生化实验发现PYL13对ABA完全不响应,但是可以特异地抑制一种PP2C蛋白,PP2CA,的活性。研究人员解析了PYL13-PP2CA复合体在2.4埃的晶体结构,从分子水平上揭示了PYL13不能对ABA产生应激的机制,阐释了PYL13和PP2CA之间特异性识别的分子机理。结构分析还发现PP2CA含有一个在去磷酸酶中从未报道过的锌指结构,不仅介导了PP2CA与PYL13的相互作用,而且对PP2CA的结构稳定性和去磷酸化酶活性也起到关键作用。

进一步的序列比对发现了56种含有锌指结构的PP2C蛋白,它们全部来源于植物,但这类PP2Cs的生理功能仍然未知,有待深入的研究。此外,作者们还发现PYL13和PYL10形成异源寡聚物,削弱了各自对PP2Cs非ABA依赖的抑制能力。

颜宁实验室自2009年以来,针对PYL介导的ABA信号通路做了系统的结构和生物化学分析,曾经在2011年首次发现以PYL10为代表的数个PYL蛋白具有不完全依赖ABA的信号传导能力。这一研究进一步揭示了完全不依赖ABA的PYL13在植物应对压力时的功能,给针对植物PYLs和PP2Cs的生物技术的开发提供了重要线索。

原文检索:
Ping Yin, Quanxiu Li, Chuangye Yan, Ying Liu, Junjie Liu, Feng Yu, Zheng Wang, Jiafu Long, Jianhua He, Hong-Wei Wang, Jiawei Wang, Jian-Kang Zhu, Yigong Shi & Nieng Yan. Structural basis for the modular recognition of single-stranded RNA by PPR proteins. Nature, 27 October 2013; doi:10.1038/nature12651
Molecular basis for the selective and ABA-independent inhibition of PP2CA by PYL13

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热搜:ABA|信号通路|PPR|

  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号