SLFN14内切核糖核酸酶的冷冻电镜结构揭示RNA结合与切割的分子机制

本研究通过冷冻电镜技术解析了人源SLFN14内切核糖核酸酶与RNA复合物的高分辨率结构（2.73 ?），揭示了其介导密码子偏好性翻译抑制的分子基础。研究人员发现SLFN14通过C端疏水界面形成稳定同源二聚体，其非序列依赖性的RNA结合特征与SLFN11家族成员显著不同，尤其在天然tRNA存在时表现出特异的受体茎（acceptor stem）切割活性。该研究阐明了SLFN14相关血小板减少症突变热点（K218E/K219N/V220D/R223W）位于RNA裂隙入口的结构基础，并发现其E-EhK催化基序与病毒激活的核酸酶存在进化关联，为理解造血系统疾病和抗病毒防御提供了新视角。

　　

在基因表达的精细调控网络中，tRNA的切割与修饰扮演着关键角色。Schlafen（SLFN）家族作为干扰素刺激基因，通过调控翻译过程参与抗病毒防御、免疫应答和血小板生成等生理过程。其中SLFN14的异常与遗传性血小板减少症和核糖体病密切相关，但其底物识别与催化激活的分子机制长期未明。更令人困惑的是，SLFN家族成员（如SLFN11和SLFN12）虽能特异性切割tRNA受体茎，但SLFN14的切割位点选择性和调控机制却存在显著差异。这些未解之谜阻碍了人们对SLFN14在疾病中作用机制的理解，也限制了相关治疗策略的开发。

为回答这些问题，美国贝勒医学院Monica C. Pillon团队在《Nature Communications》发表了最新研究成果。研究人员通过哺乳动物表达系统成功重组全长人源SLFN14蛋白，结合冷冻电镜单颗粒分析、体外RNA切割实验和生物化学分析，系统阐明了该酶的分子特性。关键技术包括：1）HEK293细胞表达系统制备活性SLFN14蛋白；2）冷冻电镜解析RNA复合物结构（分辨率2.73 ?）；3）Northern blot和电泳迁移实验分析tRNA切割特性；4）AlphaFold3预测tRNA结合模型；5）点突变验证催化关键残基。

冷冻电镜揭示SLFN14二聚体架构
通过2.73 ?分辨率的冷冻电镜重建，研究人员观察到SLFN14呈现"奖章状"二聚体结构（110×65×55 ?），其N端结构域（NTD）和C端结构域（CTD）分别形成头对头、尾对尾的组装模式。与SLFN11不同，SLFN14通过CTD疏水界面（400 ?²）构成稳定的组成型二聚体，这种独特的组装方式可能使其在缺乏调控信号时即具备基础催化活性。

RNA结合界面的结构特征
结构分析发现SLFN14的RNA裂隙宽度约20 ?，可容纳双链RNA。N叶（N-lobe）的K38、Q78、T82等极性残基与RNA磷酸骨架形成约400 ?²的结合界面，而C叶（C-lobe）的S137可能通过2'-羟基识别区分RNA/DNA。特别值得注意的是，疾病相关突变热点K218/K219/R223聚集在裂隙入口，提示这些残基可能参与底物招募。

tRNA切割的修饰依赖性
体外实验揭示SLFN14对合成tRNASer呈现多位点切割（产生75-、60-、40-和30-nt片段），但对天然tRNASer却严格选择受体茎位点。这种修饰依赖性在5S rRNA中未观察到，表明特定tRNA修饰（如甲基化）可能通过直接或间接机制指导位点特异性。相比之下，SLFN11对合成和天然tRNA均保持受体茎切割活性，反映家族成员间的机制差异。

E-EhK催化基序的保守性
通过系统突变分析，研究人员证实ExxxxExK基序（E206-E211-K213）对SLFN14活性至关重要：即使保守突变（E206Q/E211Q/K213R）也完全消除切割能力。该基序与限制性内切酶EcoRV的D-(D/E)hK基序存在结构相似性，均采用β折叠呈现酸性残基-疏水残基-赖氨酸的排列，暗示病毒防御相关核酸酶的进化保守性。

这项研究首次完整揭示了SLFN14的结构-功能关系，其重要意义体现在三方面：1）阐明了SLFN14二聚化界面和RNA结合特性的结构基础，为理解其翻译调控机制提供框架；2）发现tRNA修饰对切割位点选择的关键影响，拓展了对RNA修饰调控核酸酶活性的认知；3）鉴定出E-EhK基序与限制性内切酶的催化共性，为开发靶向SLFN14的抗病毒或抗血小板减少症药物奠定基础。该成果不仅解决了SLFN家族研究的核心问题，也为相关血液系统疾病的精准干预提供了新靶点。