解析Musashi-1蛋白RNA识别机制：基于结构设计的蛋白与RNA变体在体外和体内应用研究

本研究针对RNA结合蛋白Musashi-1（MSI-1）的RNA识别机制展开深入探索，通过计算工具RRMScorer设计蛋白变体和修饰RNA序列，结合核磁共振（NMR）、表面等离子共振（SPR）等生物物理技术，揭示了MSI-1串联结构域中RRM1与RRM2对相同RNA位点的竞争性结合特征。研究发现为开发靶向RNA的生物分析工具及癌症治疗策略提供了新思路。

　　

RNA结合蛋白（RBP）在基因表达调控中扮演关键角色，其中Musashi-1（MSI-1）因在神经干细胞维持和癌症发生中的重要作用备受关注。然而，MSI-1长期以来被视为"不可成药"靶点，其RNA识别机制尤其是串联RNA识别基序（RRM）结构域的协同作用机制尚不明确。意大利佛罗伦萨大学磁共振中心（CERM）与多国团队合作，通过多学科方法揭示了这一难题的分子基础。

研究采用核磁共振（NMR）解析MSI-1 RRM_1-2串联结构域的动态特性，结合表面等离子共振（SPR）定量结合动力学，并创新性地运用计算工具RRMScorer设计蛋白突变体（如E180N/K182M双突变体）和RNA变体（如CAG修饰序列）。荧光淬灭实验证实MSI-1可解旋RNA发夹结构，而尺寸排阻色谱-多角度光散射（SEC-MALS）则明确了复合物化学计量比。

RRM结构域竞争性结合机制

NMR化学位移扰动（CSP）分析显示，野生型MSI-1 RRM_1-2与含单一位点的oligo-L2结合时，RRM1与RRM2呈现竞争关系，SPR检测到双相解离动力学。而含双位点的oligo-L3则促使串联结构域形成稳定1:1复合物，表明位点间距影响结合模式。

RNA二级结构的影响

发夹结构oligo-HP4和oligo-HP5的结合研究表明，MSI-1可通过解旋RNA实现结合。荧光标记实验显示oligo-HP5的发夹结构在结合后展开率达85%，证实蛋白具有重塑RNA结构的能力。

理性设计增强特异性

RRMScorer指导设计的RRM2双突变体（DM）显著降低对UAG序列的亲和力，使oligo-L2结合偏好转向RRM1。CAG修饰的oligo-L2.1与突变体结合亲和力提高3倍，验证了"由UAG向CAG结合特异性转换"的设计理念。

连接区的重要作用

四突变体（TM）引入F96P/R98P连接区突变后，RRM1结构域结合活性显著降低，NMR显示β-平台构象变化，说明连接区灵活性对维持双结构域功能至关重要。

该研究首次系统阐明了人类MSI-1串联RRM结构域的动态识别机制，突破性地实现了通过理性设计调控蛋白-RNA相互作用特异性。所开发的RRMScorer工具为靶向RNA的药物设计提供了新范式，而针对MSI-1的变体设计策略为癌症等疾病的治疗性干预开辟了道路。论文发表于《Nucleic Acids Research》，为理解RNA-蛋白相互作用网络贡献了重要范例。