林金鐘研究員團(tuán)隊(duì)合作解析mRNA翻譯過程中核糖回收再循環(huán)的分子機(jī)制
核糖體在翻譯mRNA遇到終止密碼子即預(yù)示著這條mRNA編碼的蛋白質(zhì)已經(jīng)合成完畢，在釋放新生肽鏈后，核糖體需要重新解聚為大小亞基參與其他mRNA的翻譯。這個(gè)再循環(huán)過程需要兩個(gè)保守的蛋白質(zhì)因子: 延伸因子G(Elongation Factor G) 和核糖體回收因子RRF 的參與。作為原核核糖體領(lǐng)域幾個(gè)懸而未決的重要問題之一，這一過程的分子機(jī)制一直沒能被完全闡明。
2019年12月23日，我院林金鐘研究員課題組和德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部Matthieu Gagnon 課題組合作在Nature子刊《自然 結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》（Nature Structural & Molecular Biology）雜志在線發(fā)表了題為"Structural Basis for Ribosome Recycling by RRF and tRNA" 的研究論文，揭示了核糖回收因子(Ribosome Recycling Factor, RRF) 和 tRNA在核糖體再循環(huán)過程中發(fā)揮作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
mRNA翻譯過程中核糖回收再循環(huán)的分子機(jī)制示意圖
核糖體在翻譯mRNA遇到終止密碼子即預(yù)示著這條mRNA編碼的蛋白質(zhì)已經(jīng)合成完畢，在釋放新生肽鏈后，核糖體需要重新解聚為大小亞基參與其他mRNA的翻譯。這個(gè)再循環(huán)過程需要兩個(gè)保守的蛋白質(zhì)因子:延伸因子G(Elongation Factor G) 和核糖體回收因子RRF的參與，但是這一過程的分子機(jī)制一直沒能被闡明。林金鐘和Gagnon課題組合作解析了一個(gè)細(xì)菌核糖體完整回收復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，包含核糖體大小亞基、EF-G、RRF以及兩個(gè)脫酰tRNA，首次在原子水平揭示了它們之間豐富的相互作用，使我們對(duì)核糖體回收過程有了清晰的答案。結(jié)構(gòu)顯示RRF在EF-G的作用下不僅破壞了核糖體大小亞基之間的關(guān)鍵橋接結(jié)構(gòu)，而且還誘導(dǎo)了核糖體上位于P-位點(diǎn)的tRNA形成一個(gè)新的構(gòu)象，在文章中被命名為p/R tRNA。早期研究發(fā)現(xiàn)編碼最后一個(gè)密碼子的tRNA對(duì)核糖體的有效回收起了關(guān)鍵的作用。結(jié)構(gòu)顯示這個(gè)tRNA在RRF的作用下發(fā)生了大幅的構(gòu)象變化和扭曲，導(dǎo)致其兩端分別對(duì)大小亞基產(chǎn)生了一個(gè)類似于彈簧一樣的推力，進(jìn)而促進(jìn)了大小亞基的分離。
林金鐘研究員課題組博士后周德健和德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部(University of Texas Medical Branch)的TakehitoTanzawa博士為該論文的并列第一作者，林金鐘教授和德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)部的MatthieuGagnon教授為該論文的共同通訊作者。感謝上海同步輻射光源BL17U線站和美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室APS同步光源24-ID-C線站。這項(xiàng)工作受到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41594-019-0350-7
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