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Cell Res:华中农业大学殷平研究组揭示RNA脱“帽”新机制

摘要 : 2016年8月26日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表了华中农业大学生命科学学院作物遗传改良国家重点实验室殷平教授领衔的结构生物学团队和清华大学访问学者刘也行博士合作的关于NAD-NudC复合物结构的最新研究进展文章。

 2016年8月26日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Cell Research》杂志在线发表了华中农业大学生命科学学院作物遗传改良国家重点实验室殷平教授领衔的结构生物学团队和清华大学访问学者刘也行博士合作的关于NAD-NudC复合物结构的最新研究进展文章。论文首次报道了一种新型RNA脱帽机制。博士后张德林和刘也行博士为论文共同第一作者,殷平教授为论文通讯作者。

神奇的mRNA

虽然人们已经破译了决定生命基础的蛋白质的氨基酸合成密码,也知道了是DNA携带着这种密码,但是,根据细胞学所掌握的事实:所有DNA都呆在细胞核内,而蛋白质却存在于细胞质中,像DNA这样的大分子是无法随意进入细胞质的。然而密码总是会被带入细胞质的。这一来,人们不禁要问,是谁把锁在细胞核内的DNA手里的密码带入了细胞质的呢?科学家们经过试验和观察,发现这个信使就是mRNA。

如果把修长的mRNA结构比喻成一个人,那么在真核生物mRNA的“头部”,则戴着一顶名为“7-甲基鸟嘌呤”(m7G)的“帽子”。这顶帽子可以保护RNA不被降解,进而顺利完成它的“信使”使命。

传统的生化教科书认为,只有真核生物拥有“帽子”,而原核生物则没有“帽子”。但最近有研究发现,在原核生物某些mRNA的“头部”,存在着一种名为NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、CoA(辅酶A)的特殊修饰,它的作用与真核生物的“m7G帽子”相类似,并且一种名为NudC的蛋白可以“认出”并调皮地把NAD帽子“摘掉”。只是其作用的分子机制尚不清楚。

殷平教授课题组历经两年研究,报道了NudC结合底物NAD复合物2.4 Å分辨率的晶体结构,并结合一系列的生化实验,首次阐述了RNA 5′端的NAD帽子是如何被NudC识别并进行切割的,为研究这类RNA的代谢调控机理打下了工作基础。

更有意思的是,基于结构信息和序列比对,殷平团队发现,在水稻等真核生物中也存在着NudC的同源蛋白,并证实了它们都具有切割NAD帽子的活性。因此,殷平团队提出,这种帽子结构和去帽机制,从原核生物到真核生物可能都是存在的,RNA的NAD修饰存在的广泛性和生物学功能有待进一步研究和验证。该团队未来将围绕相关降解调控机制在水稻中的作用开展进一步深入研究。

值得一提的是,在论文审稿过程中,《Nature》杂志7月份刊出一篇题为“The mechanism of RNA 5′ capping with NAD+, NADH and desphospho-CoA”的文章,从RNA转录合成的角度提出了NAD帽子的结构和戴帽机制,证实了这种猜想。

NAD-NudC复合物结构及作用模式图

原文链接:

Structural basis of prokaryotic NAD-RNA decapping by NudC

原文摘要:

In eukaryotes, the 5′,5′-triphosphate-linked 7-methylguanosine (m7G) cap is essential for modulation of mRNA metabolism and protects the mRNA from degradation. Removal of the cap from the 5′-terminus of the RNA is mainly carried out by decapping protein 2 (Dcp2) and scavenger decapping enzyme (DcpS). A distinctive feature of prokaryotic mRNA is the absence of a 5′-capped structure. Recently, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) or a triphosphate group has been shown to be covalently linked to the 5′-end of certain types of prokaryotic RNAs as a cap that improves stability, and NADH pyrophosphatase (NudC)6 and RNA pyrophosphohydrolase (RppH) are responsible for the 5′ hydrolysis of NAD or the triphosphate group, respectively, from the RNA. Interestingly, Dcp2, NudC and RppH all belong to the Nudix hydrolase superfamily, whose members act on substrates of nucleoside diphosphate linked to another moiety, X (hence the name Nudix). The Nudix enzymes share a conserved 23-amino acid sequence termed the Nudix motif (GX5EX7REUXEEXGU), which is required for substrate catalysis, but each uses a distinct strategy for substrate recognition. Although the molecular bases of substrate recognition by Dcp2 and RppH have been well studied, the mechanism by which NudC removes the NAD cap still remains to be elucidated. Here, we report the crystal structure ofEscherichia coli NudC in complex with NAD, uncovering the structural basis of NudC-mediated decapping of NAD-capped RNA.

来源: Cell Research 浏览次数:0

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