《Nature Communications》：Mechanistic insights into recruitment and regulation of the RNA helicase UPF1 in replication-dependent histone mRNA decay
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本研究针对复制依赖性组蛋白mRNA降解的分子机制这一关键科学问题，通过结构生物学与生物化学方法揭示了RNA解旋酶UPF1与组蛋白茎环结合蛋白SLBP及3'hExo外切酶形成的降解体样复合物的组装机制。研究发现UPF1通过其解旋酶核心与SLBP的N端无序区直接相互作用，在结合组蛋白茎环RNA时部分解旋茎环结构，为3'hExo介导的降解创造条件。该研究阐明了组蛋白mRNA适时降解的精细调控网络，为理解细胞周期关键mRNA的代谢调控提供了新视角。
在真核细胞中，组蛋白mRNA的代谢调控堪称细胞周期协调的典范。与其他所有真核mRNA不同，复制依赖性组蛋白mRNA的3'端不包含多聚腺苷酸尾巴，而是以一个保守的茎环结构结尾。这一独特特征决定了其降解机制必须区别于典型的脱腺苷化启动的mRNA降解途径。当DNA复制完成，细胞退出S期时，组蛋白mRNA需要被迅速降解，以避免组蛋白的异常积累。然而，这一过程中关键因子如何协同作用，以及降解时机如何精确控制，一直是领域内亟待解决的重要科学问题。
以往研究表明，RNA解旋酶UPF1、3'-5'外切核糖核酸酶3'hExo和茎环结合蛋白SLBP共同参与组蛋白mRNA的降解，但这些因子如何机械性偶联仍不清楚。发表在《Nature Communications》上的这项研究，通过综合运用结构生物学和功能分析手段，首次揭示了组蛋白mRNA降解起始的分子机制。
研究人员主要采用了冷冻电镜技术解析蛋白质-RNA复合物结构，结合体外重建生化实验、荧光各向异性分析、GST pull-down蛋白质相互作用检测、CRISPR/Cas9基因编辑细胞模型以及Northern blotting等关键技术方法。其中冷冻电镜数据分析涉及30多万个颗粒，最终获得全局分辨率3.6埃的结构模型；细胞实验使用了HCT116细胞系，通过CRISPR/Cas9技术构建了SLBP外显子2缺失的细胞模型。
UPF1解旋组蛋白茎环并促进其被3'hExo降解
研究发现，组成型活性UPF1变体能够有效解旋含有组蛋白茎环结构的RNA底物。通过时间进程实验证实，UPF1可增强3'hExo对组蛋白茎环RNA的降解效率约30-40%。有趣的是，即使催化失活的UPF1变体也能促进这一过程，表明UPF1的结合本身而不仅仅是其解旋活性，就能够促进降解。
UPF1识别组蛋白茎环的分子机制
冷冻电镜结构显示，UPF1与组蛋白茎环RNA结合时，部分解旋了茎环结构的基部，特别是破坏了第一个G:C碱基对。结构分析发现，UPF1的K547残基插入G7和C20之间，导致G7平面外扭曲，削弱了碱基配对和堆积相互作用。这种结构变化使得茎环更容易被3'hExo降解。
UPF1通过直接蛋白质相互作用被招募到组蛋白mRNP
实验证实UPF1与SLBP之间存在直接相互作用，且这一相互作用由UPF1的解旋酶核心和SLBP的N端内在无序区域介导。当组蛋白茎环RNA存在时，UPF1与SLBP能够形成稳定复合物。交联质谱分析进一步确定了相互作用界面。
SLBP的N端IDR通过结合UPF1介导高效的组蛋白mRNA降解
通过构建SLBP N端截短体，研究人员将UPF1结合区域定位于SLBP的前60个氨基酸。利用CRISPR/Cas9技术删除SLBP基因第2外显子（对应氨基酸21-58）的细胞实验表明，破坏UPF1-SLBP相互作用会显著延缓组蛋白H2a mRNA的降解。
SLBP直接和间接影响UPF1对组蛋白茎环的解旋
研究发现SLBP通过两种独立机制调控UPF1的解旋活性：一是通过其N端IDR直接结合UPF1解旋酶核心，抑制解旋活性；二是通过其RNA结合域与组蛋白茎环紧密结合，形成空间位阻减缓UPF1推进。结构分析显示，UPF1结合的茎环构象与SLBP结合的构象不兼容，表明UPF1结合可能导致SLBP从mRNP中置换。
UPF1激活因子UPF2在组蛋白mRNP背景下的功能和招募
UPF2能够激活UPF1的解旋活性，克服SLBP的抑制作用。研究发现UPF2通过其酸性连接区域与3'hExo相互作用，从而被招募到组蛋白mRNP中。这表明UPF2-3'hExo相互作用为UPF2在mRNP中的定位提供了锚定点，使其能够在需要时激活UPF1。
本研究系统阐明了组蛋白mRNA降解过程中关键因子的协同作用机制。UPF1被招募到组蛋白mRNP后，通过其结合诱导的茎环结构变化为3'hExo介导的降解创造条件。SLBP在这一过程中扮演着双重角色：一方面作为支架蛋白招募UPF1，另一方面又作为调控因子防止过早降解。UPF2则通过3'hExo被招募到mRNP，在适当时机激活UPF1以促进降解进程。这种精细的调控网络确保了组蛋白mRNA在正确的时间被降解，对于维持细胞周期正常进行具有重要意义。该研究不仅揭示了组蛋白mRNA降解的分子机制，也为理解其他UPF1介导的mRNA降解途径提供了重要参考。
