中国科大首次揭示了Gemin5的WD40结构域特异识别小核RNA前体(pre-snRNAs)的分子机理

时间:2016-11-14浏览:12

中国科学技术大学生命科学学院、合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)许超课题组与多伦多大学结构基因组中心闵金荣等课题组合作,首次揭示了Gemin5的WD40结构域特异识别小核RNA前体(pre-snRNAs)的分子机理,为理解SMN复合物协助小核核糖核蛋白(snRNP)在细胞质中的组装提供了重要线索。该研究成果以“Structural insights into Gemin5-guided selection of pre-snRNAs for snRNP assembly”为题在线发表于11月10日的《基因与发育》上(Genes & Development 2016, doi:10.1101/gad.291377.116)。

人的剪切体复合物的核心在细胞核中由snRNP组成,snRNP由pre-snRNA经细胞核转运到细胞质后和其他蛋白质因子组装形成,称为snRNP在细胞质中的成熟化。SMN复合物负责协助pre-snRNA组装成为snRNP。 SMN复合物的缺陷会导致SMA脊髓性肌肉萎缩症。Gemin5作为SMN复合物中最大的组分,特异识别pre-snRNA中的指纹区,即Sm位点(A(U)4–6G),并将pre-snRNA转运给Sm复合物,使得Sm七元环复合物可以取代Gemin5装配在pre-snRNA的Sm位点,完成snRNP的装配。此外,Gemin5还可以特异识别5‘ m7G帽子,这一结构为mRNA和pre-snRNA所特有。因而,Gemin5识别pre-snRNA的Sm位点的分子机制,以及Gemin5如何特异识别5’m7G,以及其细胞内功能,一直以来都是国际上研究的一个热点。

许超课题组和多伦多大学的闵金荣教授紧密合作,首先解析了Gemin5 的N端单体结构,揭示了Gemin5 N端由14个WD40重复序列构成了两个交联的WD40 螺旋桨盘状结构。再此基础上,他们又解析了Gemin5 WD40结构域和U4 pre-snRNA的复合物结构,以及Gemin5 WD40结构域和m7GpppG帽子类似物的复合物结构,清楚地展示了Gemin5识别AAUUUUUG RNA的序列特异性,以及结合m7GpppG的甲基化依赖性,并且发现Gemin5结合两个底物分别在其WD40结构域的不同位点。在此基础上,他们提出了Gemin5同时在5‘端m7G以及3’附近Sm位点同时结合pre-snRNA的模型,并且该模型得到了其他生物化学,分子生物学以及体内pull-down实验的支持。本结构同时也是首次解析了含WD40结构域的蛋白质和m7G甲基化RNA的复合物。该复合物结合m7G的口袋对于今后设计针对Gemin5结合pre-snRNA的小分子化合物提供了进一步的结构基础。

 

 

 

许超教授和闵金荣教授为本论文的共同通讯作者。本研究工作得到了国家自然基金委面上基金(31570737))。文章链接:

http://genesdev.cshlp.org/content/early/2016/11/10/gad.288340.116.abstract