
2013年12月15日,清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王宏偉教授課題組在《Nature》子刊《Nature Structural and Molecular Biology》在線發(fā)表題為“Visualization of Distinct Substrate Recruitment Pathways in the Yeast Exosome by EM”的研究論文,報(bào)道了不同RNA底物在蛋白復(fù)合物Exosome中的不同降解通路及結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制。
在中心法則中,RNA由DNA轉(zhuǎn)錄而成,并經(jīng)過(guò)復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄后加工,成為成熟的多種RNA。細(xì)胞中的RNA質(zhì)量控制,在細(xì)胞基因表達(dá)及調(diào)控的多個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著不可缺少的作用,對(duì)細(xì)胞的發(fā)生、生長(zhǎng)、分裂、分化、死亡等過(guò)程都具有重要意義。目前對(duì)細(xì)胞中的RNA質(zhì)量控制,尤其是對(duì)RNA分子被降解的決定因素知之甚少。真核生物細(xì)胞中有多種識(shí)別及調(diào)控RNA降解的蛋白質(zhì)大分子及其復(fù)合物,其中, Exosome復(fù)合體通過(guò)外切酶方式從RNA的3’端對(duì)RNA進(jìn)行水解。真核生物Exosome是由無(wú)酶活性的9亞基核心及具有促進(jìn)RNA水解活性的亞基Rrp44組成的蛋白復(fù)合物。大量研究表明,Exosome在RNA加工成熟,質(zhì)量控制及降解代謝過(guò)程中起著決定性的作用,該復(fù)合物及其任何一個(gè)亞基的缺失對(duì)有機(jī)體均是致死的。由于該復(fù)合物在體內(nèi)負(fù)責(zé)加工和降解包括mRNA、tRNA及snoRNA等多種在序列及結(jié)構(gòu)上具有較大差異的底物,因而該復(fù)合物如何識(shí)別不同種類底物,以及復(fù)合物內(nèi)針對(duì)不同的底物是否存在不同的降解通路一直是該領(lǐng)域研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。
王宏偉教授實(shí)驗(yàn)室利用清華大學(xué)生命學(xué)院冷凍電子顯微學(xué)平臺(tái),通過(guò)蛋白質(zhì)單顆粒分析技術(shù),對(duì)Exosome與不同種類RNA底物結(jié)合時(shí)的二維形態(tài)及三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,從而揭示Exosome內(nèi)部存在至少兩條RNA降解途徑。一條通路中,線性RNA底物通過(guò)9亞基核心進(jìn)入Rrp44亞基的降解活性區(qū)域(through-core route);而另一條通路中,3’端單鏈RNA較短的底物(如tRNA等)則可以不通過(guò)9亞基核心直接進(jìn)入Rrp44亞基活性區(qū)域被降解(direct route)。這也是生物學(xué)領(lǐng)域研究者首次用最直觀的方式—結(jié)構(gòu)解析,證明direct route的存在。王宏偉教授課題組還充分利用電子顯微鏡的成像及計(jì)算優(yōu)勢(shì),對(duì)Exosome與RNA底物在不同孵育時(shí)間點(diǎn)的反應(yīng)體系進(jìn)行了直接觀測(cè),通過(guò)多維統(tǒng)計(jì)分析,捕捉到該復(fù)合物在降解底物過(guò)程中的多種形態(tài),并形象地展示了不同結(jié)構(gòu)及通路間的可能變換過(guò)程。(生物谷Bioon.com)