麻錦彪課題組在核酸外切酶SDN1參與植物小非編碼RNA代謝的分子機(jī)制研究中取得新進(jìn)展
9月4日，我院遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室麻錦彪教授課題組在核酸外切酶SDN1如何參與小非編碼RNA周轉(zhuǎn)代謝的研究中取得重要進(jìn)展。該研究在分子水平闡明了SDN1識(shí)別剪切多種RNA底物的工作機(jī)制，并提出了SDN1在生物體內(nèi)修剪小非編碼RNA的分子模型，對(duì)于其他參與小非編碼RNA降解代謝的核酸外切酶的可能作用方式提供了參考。相關(guān)研究成果以《擬南芥SDN1對(duì)于小RNA 3’端修剪機(jī)制的結(jié)構(gòu)生化研究》(Structural and biochemical insights into small RNA 3’end trimming by Arabidopsis SDN1)為題在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
小非編碼RNA是一類重要的調(diào)控RNA，一般參與到基因的轉(zhuǎn)錄后沉默中，這一過程也稱為RNA干擾。微小RNA (miRNA)是其中重要的一類，其自身含量也需要受到精確的調(diào)控以維持穩(wěn)態(tài)。擬南芥中的SDN1蛋白是一種特異性作用于小非編碼RNA的核酸外切酶，通過剪切成熟miRNA的3’端核苷酸使其不穩(wěn)定，進(jìn)而進(jìn)入周轉(zhuǎn)途徑。miRNA的降解周轉(zhuǎn)對(duì)生物體進(jìn)行正常代謝是必須的，擬南芥中SDN家族基因表達(dá)下調(diào)后會(huì)造成體內(nèi)的miRNA水平上升，而植株會(huì)產(chǎn)生葉片變小、邊緣鋸齒化和早花等多種發(fā)育缺陷。
麻錦彪教授課題組通過X射線晶體學(xué)衍射和多種生物化學(xué)等手段解析了擬南芥SDN1的氮端結(jié)構(gòu)域以及催化結(jié)構(gòu)域與RNA底物的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，從分子水平闡釋了SDN1活性催化口袋對(duì)于RNA底物的識(shí)別。并通過對(duì)SDN1的碳端RRM (RNA Recognition Motif)結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)的解析、核磁滴定以及一系列生化實(shí)驗(yàn)的證據(jù)，提出了RRM結(jié)構(gòu)域在SDN1識(shí)別剪切單鏈或雙鏈RNA底物時(shí)，與催化結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用的工作機(jī)理，即：SDN1通過RRM結(jié)構(gòu)域結(jié)合單鏈RNA的5’端區(qū)域或者雙鏈RNA中互補(bǔ)鏈的5’端單鏈區(qū)，而催化結(jié)構(gòu)域識(shí)別并剪切RNA的3’末端。同時(shí)該研究表明SDN1與擬南芥AGO蛋白的PAZ結(jié)構(gòu)域之間存在直接的相互作用，而這一相互作用可能促使miRNA 3’端脫離PAZ結(jié)構(gòu)域的保護(hù)，進(jìn)而被SDN1識(shí)別剪切，從而提供了在體內(nèi)生理狀態(tài)下SDN1如何作用于結(jié)合在AGO上的miRNA的可能機(jī)制。這一研究結(jié)果也為理解廣泛參與不同小非編碼RNA的生成和代謝過程的多種核酸外切酶的分子機(jī)制提供的一種可能的共同模型（示意圖），也為用于實(shí)驗(yàn)室研究和作為核酸藥物的更加穩(wěn)定的小非編碼RNA的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。
示意圖：SDN1識(shí)別剪切不同類型植物小非編碼RNA底物的可能機(jī)制模型
復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該工作的第一完成單位，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)系博士研究生陳嘉怡為本文第一作者。復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室麻錦彪教授主持該項(xiàng)研究工作。加州大學(xué)河濱分校陳雪梅教授（Xuemei Chen）課題組參與了SDN1對(duì)于不同小RNA底物以及與結(jié)合在AGO上miRNA的體外生化分子機(jī)制研究，中科院上海生科院生化細(xì)胞所黃旲研究員參與了SDN1蛋白純化、與RNA復(fù)合物的結(jié)晶以及晶體結(jié)構(gòu)解析工作。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中組部千人計(jì)劃、遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。
（論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05942-7）
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