华中农业大学80后教授Nature子刊聚焦PPR蛋白

　　

生物通报道  来自华中农业大学、清华大学的研究人员在新研究中揭示出了，设计的PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白识别特异单链RNA的结构基础。这项研究发表在4月18日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

华中农业大学的“80后”教授殷平（Ping Yin）博士是这篇论文的通讯作者。殷平于2009年至2013年在清华大学颜宁与施一公教授实验室攻读博士后，2013年9月来华中农业大学担任教授，主要研究方向为结构生物学，在Nature、Nature子刊、Cell子刊等国际著名期刊以第一作者或通讯作者发表文章十余篇。

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能够设计出一些蛋白质来操控特异的靶DNA/RNA是一个长期寻求却又难以实现的目标。一些特异蛋白的目标识别模块化模式允许通过组装特殊模体或结构域来开发出一些DNA/RNA结合工具。尽管在DNA编辑领域里取得了一些鼓舞人心的进展，例如成功应用锌指结构域、TALE和CRISPR–Cas9系统实现靶向基因调控（Nature：华人学者CRISPR基因编辑蘑菇获开绿灯 ），我们对于设计蛋白可以选择性结合目的RNA序列的机制仍所知有限。

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，这使得这些蛋白适合于开发一些令人兴奋的新生物技术。

2013年，殷平在清华大学生命科学学院攻读博士后时在颜宁教授的指导下，与清华大学的同事们一起揭示出了PPR蛋白特异识别单链RNA的分子机制。这项研究发表在Nature杂志上（清华大学著名教授连发Nature，Cell Res文章解析分子机制 ）。2014年，任职华中农业大学的殷平与清华大学的颜宁教授再度合作，证实PPR蛋白的氨基末端片段确定了它的二聚化状态。这一研究发现发表在9月17日的JBC上（清华颜宁Nature之后再度聚焦PPR蛋白 ）。

在这篇新文章中殷平教授和合著者们指出，以一种模块化和甲基特异性方式结合它们的靶单链RNAs (ssRNAs)，PPR蛋白可作为一种可设计的模块用于基因操控。但目前对于设计PPR (dPPR)核苷酸特异性识别的结构机制仍不是很清楚。

他们报告称获得了一些dPPR蛋白与各自靶ssRNA的复合物的4个晶体结构。dPPR重复元件被组装成右手超螺旋螺旋状外壳环抱ssRNA。他们在原子水平上观察了不同的PPR code与RNA碱基之间的互作，揭示出了RNA碱基U、C、A和G的模块化及特异识别模式的分子基础。

这些结构不仅提供了有关PPR蛋白功能研究的一些新见解，还为潜在设计出一些合成序列特异性RNA结合蛋白开辟了一条道路。

作者简介：

殷平

华中农业大学生命科学技术学院教授

教育经历 
2006/09-2009/06    武汉大学，生命科学学院生物化学系，博士 
2003/09-2006/06    武汉大学，生命科学学院生物化学系，硕士 
1999/09-2003/06    武汉大学，生命科学学院生物技术系，学士

研究方向  结构生物学；植物发育调控蛋白的结构与功能；RNA识别工具开发 

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structural basis for specific single-stranded RNA recognition by designer pentatricopeptide repeat proteins

As a large family of RNA-binding proteins, pentatricopeptide repeat (PPR) proteins mediate multiple aspects of RNA metabolism in eukaryotes. Binding to their target single-stranded RNAs (ssRNAs) in a modular and base-specific fashion, PPR proteins can serve as designable modules for gene manipulation. However, the structural basis for nucleotide-specific recognition by designer PPR (dPPR) proteins remains to be elucidated. Here, we report four crystal structures of dPPR proteins in complex with their respective ssRNA targets. The dPPR repeats are assembled into a right-handed superhelical spiral shell that embraces the ssRNA. Interactions between different PPR codes and RNA bases are observed at the atomic level, revealing the molecular basis for the modular and specific recognition patterns of the RNA bases U, C, A and G. These structures not only provide insights into the functional study of PPR proteins but also open a path towards the potential design of synthetic sequence-specific RNA-binding proteins.