HDV核酶的结构与机制揭示了金属离子对路易斯酸催化的作用

《Nature Communications》：Structure and mechanism of HDV ribozymes revealing Lewis acid catalysis by a metal ion

　　

摘要

我们确定了两种属于丙型肝炎δ病毒家族的核酶的分子结构，并研究了它们的催化机制。这两种核酶分别存在于线虫Caenorhabditis briggsae和病毒Ackermannviridae中。这两种核酶的晶体结构均符合病毒HDV核酶所采用的双假结（double-pseudoknot）结构。其中C. briggsae核酶的晶体结构在切割前后均已被测得。在切割前的结构中，可以看到切割位点两侧的核苷酸、一个金属离子，以及与磷酸基团的O5’部分结合的胞嘧啶（C75N3）。切割速率对pH值的依赖性表明其pK_a值为6.5；同时，C75U突变体的失活进一步证实了这种核酶具有通用酸（general acid）的特性。与其他使用催化金属离子的核酶不同，该核酶的反应速率并不依赖于二价金属离子的pK_a值。活性中心结构的有限调整表明金属离子可能直接与O2’和非桥连氧原子（non-bridging O）形成键合，从而作为路易斯酸（Lewis acid）来促进亲核攻击。这种催化机制似乎是HDV核酶类核酶的普遍特征，也使其区别于大多数采用通用碱催化作用的核酶。