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Nature：復(fù)旦大學(xué)麻錦彪團隊合作解析果蠅Dicer-2結(jié)合雙鏈RNA加工生成siRNA的分子機制
來源：復(fù)旦大學(xué)新聞 2022-07-04
導(dǎo)讀：近日，復(fù)旦大學(xué)麻錦彪團隊與清華大學(xué)王宏偉團隊合作解析果蠅Dicer-2結(jié)合雙鏈RNA加工生成siRNA的分子機制，相關(guān)的研究成果以題為Structural insights into dsRNA processing by Drosophila Dicer-2–Loqs-PD(《果蠅Dicer-2和Loqs-PD復(fù)合物在雙鏈RNA加工過程的結(jié)構(gòu)深入解析》)文章發(fā)表在《自然》雜志主刊（Nature）上。
RNA干擾（RNAi）是許多真核生物中一種保守的RNA沉默機制， 小干擾RNA是RNA干擾的關(guān)鍵組成部分。在果蠅中，siRNA的產(chǎn)生是由Dicer-2（Dcr-2）蛋白在其輔因子Loqs-PD的輔助下，從長的雙鏈RNA(dsRNA)上切割產(chǎn)生21個堿基對的雙鏈siRNA。Dicer-2是最早被發(fā)現(xiàn)的ATP依賴型的Dicer家族蛋白，在2000年即發(fā)現(xiàn)siRNA加工生成過程是ATP依賴的。近年來，雖然有多篇關(guān)于Dicer家族蛋白的生化與結(jié)構(gòu)研究的文章發(fā)表，但是對于ATP依賴型的Dicer蛋白識別并切割RNA底物的整個過程的分子機制仍不清楚。2022年6月29日，復(fù)旦大學(xué)麻錦彪團隊與清華大學(xué)王宏偉團隊在《自然》雜志主刊（Nature）在線發(fā)表了題為Structural insights into dsRNA processing by Drosophila Dicer-2–Loqs-PD(《果蠅Dicer-2和Loqs-PD復(fù)合物在雙鏈RNA加工過程的結(jié)構(gòu)深入解析》)的文章，該研究通過解析了包括Dicer-2-Loqs-PD單獨蛋白，以及Dicer-2–Loqs-PD在有無ATP的情況下結(jié)合dsRNA的6套冷凍電鏡結(jié)構(gòu)（圖1），結(jié)合生化實驗分析，首次揭示了Dicer-2-Loqs-PD復(fù)合物結(jié)合并切割雙鏈RNA產(chǎn)生siRNA的依賴ATP的加工循環(huán)分子機制（圖2），解決了20多年困擾小干擾RNA領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。圖1. Dicer-2–Loqs-PD結(jié)合雙鏈RNA復(fù)合物在不同狀態(tài)下的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。
此前的研究報道了Dicer-2蛋白結(jié)合底物時就會有明顯的構(gòu)象變化，加之ATP依賴的Dicer-2蛋白在siRNA加工過程中需要通過水解ATP來在雙鏈RNA上移動，并且連續(xù)的切割過程勢必也會導(dǎo)致存在處于不同狀態(tài)的復(fù)合物，三者疊加勢必對復(fù)合物的均一性造成較大的影響。對此，研究團隊從活性位點突變的單獨蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)開始解析；之后加入了雙鏈RNA，獲得了無ATP時，處在初始結(jié)合狀態(tài)的Dicer-2–Loqs-PD–dsRNA復(fù)合物高分辨結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，進一步加入ATP，通過數(shù)據(jù)收集與計算分類，得到了切割活性狀態(tài)與兩種明顯具有不同結(jié)構(gòu)特點的移位狀態(tài)（早起移位與中期移位狀態(tài)）；然后使用正?；钚缘腄icer-2蛋白，獲得了處于切割后狀態(tài)的復(fù)合物，并通過分析發(fā)現(xiàn)它正向早起移位狀態(tài)轉(zhuǎn)變；從而將整個過程串起，闡明了Dicer-2–Loqs-PD復(fù)合物從結(jié)合雙鏈RNA并在其上移動，到形成切割活性狀態(tài)，直至切割完成產(chǎn)生siRNA的整個循環(huán)過程的分子機制和其中連續(xù)且遞進的構(gòu)象變化。圖2. Dicer-2–Loqs-PD復(fù)合物結(jié)合雙鏈RNA蛋白生成siRNA的加工循環(huán)過程機制模型。復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的蘇世晨博士和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的王家博士為本文共同第一作者，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院麻錦彪教授與清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王宏偉教授為本文的共同通訊作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院的黃旲研究員課題組也參與了研究工作。國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施清華基地和水木未來（北京）科技有限公司為冷凍電鏡的數(shù)據(jù)收集與處理提供了支持；國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（上海）提供了質(zhì)譜分析方面的支持與幫助。該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、遺傳工程國家重點實驗室、mRNA創(chuàng)新與翻譯中心和科學(xué)探索獎的經(jīng)費支持。
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