研究揭示核酶RNaseMRP催化機(jī)制

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院雷鳴團(tuán)隊(duì)研究揭示了真核生物中一類(lèi)保守且必需的核酶RNaseMRP 催化前體rRNA 加工成熟的分子機(jī)制。該成果論文在線發(fā)表于《科學(xué)》。

RNaseMRP 是存在于所有真核生物中一類(lèi)保守的由一條非編碼RNA 催化亞基和近十個(gè)蛋白質(zhì)組成的核糖核酸復(fù)合物。它在核糖體rRNA 前體成熟過(guò)程和細(xì)胞周期調(diào)控中都扮演著重要的角色。

人源RNaseMRP RNA 組分的突變導(dǎo)致以侏儒、軟骨及毛發(fā)發(fā)育不良等為顯著特征的嚴(yán)重發(fā)育缺陷型疾病。在組成成分和進(jìn)化上，RNaseMRP 都與體內(nèi)另一類(lèi)保守且必需的核酶RNaseP 密切相關(guān)。但是二者具有完全不同的底物特異性和底物識(shí)別機(jī)制，功能上也不具有冗余性。RNaseP 催化的底物主要是tRNA 前體，催化切割pre-tRNA5’leader 進(jìn)而促進(jìn)tRNA 的成熟。RNaseP 是通過(guò)“doubleanchor”機(jī)制來(lái)識(shí)別tRNA 的acceptorstem 結(jié)構(gòu)，不具有序列特異性。

此前雷鳴團(tuán)隊(duì)先后解析了酵母、古細(xì)菌以及人源RNaseP 的全酶及其底物復(fù)合物結(jié)構(gòu)，詳盡闡釋了RNaseP 的底物識(shí)別和催化機(jī)制，并為這一類(lèi)地球上所有生物中都存在的核酶提供了進(jìn)化上新的見(jiàn)解。在這項(xiàng)工作中，雷鳴團(tuán)隊(duì)從酵母中成功提取RNase MRP 復(fù)合物，利用冷凍電鏡單顆粒重構(gòu)技術(shù)，分別解析了RNaseMRP 全酶和帶有底物的復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)清晰揭示了RNaseMRP 是如何由RNaseP 衍化而來(lái)并獲得了全新的不同的底物特異性。在底物識(shí)別方面，RNaseMRP 摒棄了RNaseP 所采用的雙錨定機(jī)制，但在催化核心上，則完全保留了RNaseP 所采用的雙鎂離子SN2 催化反應(yīng)機(jī)理。

一個(gè)核心而關(guān)鍵的問(wèn)題是：究竟是什么決定了RNaseMRP 的底物特異性？結(jié)合RNaseMRP—底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)以及體外生化實(shí)驗(yàn)表明，位于RNase MRP 底物結(jié)合口袋周?chē)膸讉€(gè)關(guān)鍵蛋白質(zhì)亞基相較于RNaseP 中的結(jié)構(gòu)，其采用了完全不同的折疊方式，賦予了RNaseMRP 不同的底物特異性。不同于RNase P 通過(guò)識(shí)別底物 tRNA 前體的三維結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行催化，它僅識(shí)別一段短的單鏈RNA片段，并且具有一定的序列特異性。

RNaseMRP 的RNA 催化亞基和端粒酶的RNA 亞基是目前細(xì)胞核內(nèi)唯一的兩個(gè)被廣泛接受并驗(yàn)證的與人類(lèi)遺傳疾病緊密相關(guān)的非編碼RNA 分子，該項(xiàng)研究工作為理解RNaseMRP 的催化機(jī)理以及突變導(dǎo)致的致病機(jī)理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。