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Nat Commun:浙江大学任艾明研究组等阐述新型自剪切型核酶Twister-sister的结构与催化机制

摘要 : 2017年10月30日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了浙江大学生命科学研究院任艾明课题组与奥地利因斯布鲁克大学Ronald Micura教授课题组合作题为"Structure-based Insights into Self-Cleavage by a Four-way Junctional Twister-Sister Ribozyme"的研究论文。

2017年10月30日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了浙江大学生命科学研究院任艾明课题组与奥地利因斯布鲁克大学Ronald Micura教授课题组合作题为"Structure-based Insights into Self-Cleavage by a Four-way Junctional Twister-Sister Ribozyme"的研究论文。任艾明课题组2016级直博生郑路倩同学为本论文的第一作者,任艾明研究员和Ronald Micura教授为论文共同通讯作者。

核酶是一类重要的具有催化功能的非编码RNA分子。小的自剪切型核酶(small self-cleaving ribozyme)发现于30多年前,长度在50到150个碱基之间,至今只有九种该类核酶被报道。Twister-sister是于2015年被发现的一种新型核酶。

利用x-射线晶体学的方法,任艾明课题组首次解析了完整的四通道的(four-way junctional)Twister-Sister核酶的三维空间结构。该结构含有五个茎区(Stem)P1、P2、P3、P4和P5, 其中P2、P3、P4和P5由一个四通道的内环(four-stem junction)连接。研究发现,在二级结构中被分散的高度保守性碱基在三级结构中通过长距离相互作用被聚集在整个结构的中心。处于催化位点的两个碱基C62和A63处于茎区P1与P2之间的内环上,并且呈现伸展构象;其中,A63指向内侧并通过堆积作用和氢键相互作用被固定,而C62指向外侧,比较灵活。在催化位点,该项研究还鉴定出了一个非常重要的鸟嘌呤G5,它通过其碱基上的NH1基团直接与催化位点磷酸基团非桥联氧形成氢键,酶切实验发现该碱基突变之后会造成酶活完全丧失。此外,该结构除了鉴定出许多起着结构稳定作用的金属离子,在酶切位点附近也发现了4个镁离子,其中M1通过螯合的水分子与催化位点磷酸基团非桥联氧以及G5均存在相互作用,而其中M2可能会充当广义碱的角色。进一步通过与已报道的三通道(three-way junctional)的Twister-Sister核酶结构以及Twister核酶进行比较,发现该核酶可能了采用一类新的催化机制,该催化机制还有待进一步探索。

研究工作为研究RNA分子的结构特征与核酶的催化机制提供了重要的结构信息,为进一步开发对核酶的应用提供了一定的理论基础。

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wister sister核酶三维空间结构与Twister sister核酶催化中心构象

原文链接:

Structure-based insights into self-cleavage by a four-way junctional twister-sister ribozyme

原文摘要:

Here we report on the crystal structure and cleavage assays of a four-way junctional twister-sister self-cleaving ribozyme. Notably, 11 conserved spatially separated loop nucleotides are brought into close proximity at the ribozyme core through long-range interactions mediated by hydrated Mg2+ cations. The C62–A63 step at the cleavage site adopts a splayed-apart orientation, with flexible C62 directed outwards, wheras A63 is directed inwards and anchored by stacking and hydrogen-bonding interactions. Structure-guided studies of key base, sugar, and phosphate mutations in the twister-sister ribozyme, suggest contributions to the cleavage chemistry from interactions between a guanine at the active site and the non-bridging oxygen of the scissile phosphate, a feature found previously also for the related twister ribozyme. Our four-way junctional pre-catalytic structure differs significantly in the alignment at the cleavage step (splayed-apart vs. base-stacked) and surrounding residues and hydrated Mg2+ ions relative to a reported three-way junctional pre-catalytic structure of the twister-sister ribozyme.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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