普林斯頓大學(xué)和國家環(huán)境健康科學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了果蠅蛋白如何結(jié)合和調(diào)節(jié)兩種不同類型的RNA靶序列。該研究將于4月4日發(fā)表在Cell Reports雜志上，可能有助于解釋各種RNA結(jié)合蛋白(其中許多與癌癥和神經(jīng)退行性疾病有關(guān))在細(xì)胞中發(fā)揮如此多的不同功能。

人類基因組中有數(shù)百種RN??A結(jié)合蛋白，它們共同調(diào)節(jié)細(xì)胞中數(shù)千種RNA分子的加工，轉(zhuǎn)換和定位。這些蛋白質(zhì)還控制RNA轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。RNA結(jié)合蛋白對于維持正常細(xì)胞功能至關(guān)重要，并且該蛋白家族中的缺陷可導(dǎo)致疾病。例如，RNA結(jié)合蛋白在許多人類癌癥中過表達，并且這些蛋白質(zhì)中的一些突變與神經(jīng)和神經(jīng)變性疾病如肌萎縮側(cè)索硬化有關(guān)。“了解這類蛋白質(zhì)的基本特性是非常重要的，”生命科學(xué)的Damon B. Pfeiffer教授和分子生物學(xué)教授Elizabeth Gavis說。

Gavis及其同事對一種名為Glorund(Glo)的蛋白質(zhì)特別感興趣，這種蛋白質(zhì)是一種RNA結(jié)合蛋白，在果蠅發(fā)育過程中具有多種功能。最初鑒定該蛋白質(zhì)是因為它能夠抑制稱為nanos的RNA分子向蠅蛋中的蛋白質(zhì)的翻譯。通過與納米RNA中的尿嘧啶和腺嘌呤核苷酸形成的莖結(jié)構(gòu)結(jié)合，Glo可防止在胚胎前部產(chǎn)生Nanos蛋白，這一步驟使得蒼蠅的頭部能夠正確形成。

然而，與許多其他RNA結(jié)合蛋白一樣，Glo是多功能的。它調(diào)節(jié)蒼蠅發(fā)育中的其他幾個步驟，顯然是通過與納米粒子以外的RNA結(jié)合。Glo的哺乳動物對應(yīng)物，稱為異質(zhì)核核糖核蛋白(hnRNP)F / H蛋白，與含有稱為G-束的鳥嘌呤核苷酸段的RNA結(jié)合，而不是抑制翻譯，哺乳動物hnRNP F / H蛋白調(diào)節(jié)過程，如RNA剪接，其中RNA被重新排列以產(chǎn)生它們編碼的蛋白質(zhì)的替代版本。

要了解Glo如何與多種RNA結(jié)合并以不同方式調(diào)節(jié)它們，Gavis和研究生Joel Tamayo與國立環(huán)境健康科學(xué)研究所的Traci Tanaka Hall和Takamasa Teramoto合作，生成了Glo三種RNA的X射線晶體結(jié)構(gòu)。綁定域。如所預(yù)期的，這三個結(jié)構(gòu)域幾乎與哺乳動物hnRNP F / H蛋白的相應(yīng)結(jié)構(gòu)域相同。例如，它們保留了與G- RNA結(jié)合的氨基酸殘基，研究人員證實，與其哺乳動物對應(yīng)物一樣，Glo的每個RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域都可以與這種類型的RNA序列結(jié)合。

然而，研究人員也看到了新的東西。“當(dāng)我們觀察結(jié)構(gòu)時，我們意識到還有一些堿性氨基酸從RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的不同部分投射，可能與RNA接觸，”Gavis解釋說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些堿性氨基酸介導(dǎo)與尿嘧啶 - 腺嘌呤(UA)莖結(jié)構(gòu)的結(jié)合，如納米RNA中發(fā)現(xiàn)的那樣。因此，Glo的每個Glo結(jié)合結(jié)構(gòu)域包含兩個不同的結(jié)合表面，其與不同類型的RNA靶序列相互作用。“雖然之前已經(jīng)有過攜帶一個以上結(jié)合域的RNA結(jié)合蛋白的例子，每個具有不同的特異性，但這代表了具有兩種不同特異性的單個結(jié)構(gòu)域的第一個例子，”分子遺傳學(xué)教授Howard Lipshitz說。多倫多大學(xué)沒有參與這項研究。

為了研究Glo的兩種RNA結(jié)合模式中哪種是其在果蠅中的不同功能所必需的，Gavis及其同事產(chǎn)生了攜帶突變型RNA結(jié)合蛋白的昆蟲。Glo在卵子發(fā)育過程中抑制納米翻譯的能力需要兩種蛋白質(zhì)的RNA結(jié)合模式。研究人員發(fā)現(xiàn)，除了在納米RNA中結(jié)合UA干，Glo還識別出附近的G-區(qū)序列。但Glo在不同發(fā)育階段調(diào)節(jié)其他RNA的能力僅取決于蛋白質(zhì)結(jié)合G-束的能力。

“我們認(rèn)為結(jié)合模式可能與Glo對特定RNA的活性相關(guān)，”Gavis說。“如果它與G-tract結(jié)合，Glo可能會促進RNA剪接。如果它同時與G-tract和UA干結(jié)合，Glo就會起到轉(zhuǎn)化抑制因子的作用。”

哺乳動物hnRNP F / H蛋白的RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域可能具有相似的結(jié)合兩種不同類型RNA的能力，允許它們調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的不同靶RNA。Lipshitz說：“本文代表了一個領(lǐng)域的一個令人興奮的進展，隨著發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合蛋白的缺陷導(dǎo)致人類疾病，如代謝紊亂，癌癥和神經(jīng)變性，這一領(lǐng)域變得越來越重要。”“由于這些蛋白質(zhì)從果蠅到人類的進化保存，這種類型的實驗告訴我們很多關(guān)于它們的人類版本通常如何工作或可能出錯的情況。”