6月25日，《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表附屬九院精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院雷鳴團(tuán)隊(duì)題為“Structural insights into precursor ribosomal RNA processing by ribonuclease MRP”的研究論文。該研究揭示了真核生物中一類保守且必需的核酶RNaseMRP催化前體rRNA加工成熟的分子機(jī)制。
RNaseMRP是存在于所有真核生物中一類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RNase MRP 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。雷鳴團(tuán)隊(duì)于2018、2019年先后解析了酵母、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，文章相繼發(fā)表于Science，Cell和NatureCommunications等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。
相較于RNaseP，RNaseMRP催化的底物主要為核糖體rRNA前體，催化切割pre-rRNA中ITS1區(qū)域的A3位點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)核糖體的加工成熟。在該項(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RNase MRP全酶（2.5?）和帶有底物的復(fù)合物（2.9 ?）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)。
該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、上海市教委上海高水平地方高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等資助；該研究還得到了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院電鏡平臺(tái)、質(zhì)譜平臺(tái)和蛋白質(zhì)平臺(tái)等技術(shù)平臺(tái)的大力支持。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院蘭鵬飛研究員為該論文的第一作者，雷鳴研究員和武健研究員為文章的通訊作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院為文章唯一完成單位，所有研究工作均在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院完成。
論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/24/science.abc0149
