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惊!揭秘三种RNA解旋酶作用机制,并提供癌症突变机制新见解

发表时间:2023-02-26 21:38:00

  研究发现三种RNA解旋酶-DDX42、DDX46和DHX15与人类U2snRNP相关,但它们在U2snRNP和剪接体组装中的作用和机制尚不清楚。


  2月17日,西湖大学施一公及张晓峰团队在《NatureCommunications》发表题为“MechanismsoftheRNAhelicasesDDX42andDDX46inhumanU2snRNPassembly”的研究论文,研究揭示了人U2snRNP组装中RNA解旋酶DDX42和DDX46的作用机制。


  研究背景


  Pre-mRNA的剪接由称为剪接体的异常动态的RNA-蛋白质复合物执行。剪接体由五个小的核糖核蛋白颗粒(snRNPs)组装而成,称为U1、U2、U4、U5和U6,以及非snRNP因子。每个snRNP是由一个单独的小核RNA(snRNA),7个常见的Sm蛋白(或在U6的情况下是LSm)和一些特定的蛋白质因子构建的。在5个snRNPs中,U2snRNPs在内含子识别和折叠前体组装过程中起着重要作用。


  人类的U2snRNP尤其复杂和动态;它的组装是一个多步骤且人们知之甚少的过程。17SU2被认为是直接参与早期剪接体组装的人类U2snRNP的功能形式。17SU2snRNP的核心成分包括SF3b复合物、SF3a复合物、12SU2核心、剪接因子TAT-SF1和DDX46。体外实验表明,SF3b与12SU2核依次组装,形成一种称为15S粒子的中间产物,然后是SF3a复合物。然而,对编排这一装配过程的蛋白质因子知之甚少。


  值得注意的是,研究发现三种RNA依赖性ATP酶:DDX42,DDX46和DHX15与U2snRNP相关。前两个是DEAD-box解旋酶家族的成员,而DHX15属于DEAH-box亚科。DDX42与SF3b复合物共纯化,但在17SU2snRNP中几乎检测不到。因此,具有RNA伴侣活性的DDX4220,很可能在履行其在U2snRNP组装中的作用后发布。与DDX42相比,DDX46(酵母Prp5同系物)是17SU2的组成部分,在预剪接体组装和分支位点校对过程中起着至关重要的作用,但DDX46是否在U2snRNP组装中具有其他作用尚不清楚。此外,DHX15(酵母Prp43直系同源物)在内含子-拉里亚特剪接体(ILS)复合物拆解中的机制已被广泛研究,其在U2snRNP和早期剪接复合体中的作用仍然是神秘的。


  研究进展


  在DDX42-U2复合物中,DDX42的N端仍然锚定在SF3B1上,但解旋酶结构域已被U2snRNA和TAT-SF1取代。通过体外实验,研究发现DDX42和DDX46在与SF3b的结合方面是互斥的。SF3B1的癌症驱动突变靶向RNA路径中直接与DDX42和DDX46相互作用的残基。这些发现揭示了DDX42和DDX46在17SU2snRNP组装中的不同作用,并为SF3B1癌症突变的机制提供了见解。


  A、17SU2snRNP形成的工作模型图。在默认状态下,SF3B1核心与DDX42形成稳定的复合物,其中SF3B1的RNA路径被DDX42的N-plug占据。在步骤1中,DDX42与来自12SU2核心的U2snRNA结合,并可能驱动其构象变化以形成BSL。在此过程中,SF3a复合物TAT-SF1被募集到复合物中,导致DDX42解旋酶结构域的位移和DDX42-U2复合物的形成。DDX1-U42中TAT-SF2的UHM结构域相对移动,因此表示为虚线圆圈。在步骤2中,DDX42解旋酶结构域的移动可能会破坏其N末端与SF3B1之间的相互作用;这可能促进DDX46从SF42B3中胜过DDX1,形成成熟的17SU2snRNP。TAT-SF1的UHM域,与DDX46交互,可能有助于稳定BSL的构象和DDX46的解旋酶结构域。B、SF3B1中绝大多数癌症衍生突变聚集在其与DDX42和DDX46的界面上。


  研究意义


  总而言之,研究报道了DDX42-SF3b复合物的高分辨率结构和含有DDX42的17SU2snRNP的假定组装中间体。同时,研究还分离出一种含有DHX15的U2snRNP,但DHX15的位置没有被EM密度图识别出来。该研究结构揭示了SF3B1与DDX42、DDX46和pre-mRNA的多嘧啶束(PPT)相互作用的共同显著模式。结合结构引导的生化分析,该研究揭示了DDX42和DDX46在U2snRNP组装中的作用,并为SF3B1癌症突变提供了见解。


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