Nucleic Acids Research | 复旦大学麻锦彪/甘建华课题组合作解析two-barrel家族中RNA聚合酶QDE-1双重活性分子机制

科研进展 | 2022-09-20 | 浏览次数:40
来源地址:https://life.fudan.edu.cn/f8/eb/c28140a456939/page.htm

 

麻锦彪/甘建华课题组合作解析two-barrel家族中RNA聚合酶QDE-1双重活性分子机制

2022年8月30日,国际期刊《Nucleic Acids Research》在线发布了本院麻锦彪教授、甘建华研究员课题组合作的研究成果,标题为“Structural insights into the dual activities of the two-barrel RNA polymerase QDE-1”。

在植物、真菌和线虫中,都有一类细胞内来源的RNA依赖的RNA聚合酶(RdRP),能够将单链RNA转变成双链小干扰RNA前体。粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)的QDE-1是two-barrel超级族聚合酶的成员之一,也是第一个被分离并鉴定参与RNAi的RdRP蛋白,它具有DNA和RNA模板依赖的RNA合成的(DdRP和RdRP)双重活性,对RNAi过程中的小干扰RNA前体的产生至关重要。除QDE-1外,这类two-barrels家族蛋白还包括多亚基DdRP蛋白pol II,单亚基Cellulophage baltica crAss-like phage 14:2的DdRP蛋白gp66,古菌DNA复制酶PolD。在这些酶中,拟南芥RDR6具有DdRP活性,而Saccharomyces cerevisiae的pol II有RdRP活性,表明two-barrel聚合酶超级族能够以DNA或RNA为模板的内在特性。但目前缺少高分辨的蛋白-底物复核物结构,尤其是参与RNAi的RdRP蛋白尚无任何复合物结构报道,two-barrels聚合酶超家族蛋白与DNA/RNA模板的结合及产生RNA的分子机制的研究仍很不明确。

在本研究中,共解析了五种QDE-1与不同底物在不同反应状态的复合物结构:DNA/RNA为模板的延伸复合物(EC),从头合成起始复合物(IC),初始NTP加载以及包含两个起始NTP的结构。模板链(DNA或RNA)通过bridge-helix (BH)和double-psi beta-barrels 2(DPBB2)排列到蛋白活性口袋内。RNA产物则被DPBB1和Slab结构域稳定。DNA模板在-7位与RNA产物分离,但RNA模板仍保持匹配。NTP类似物在活性中心处被一个刚性的trigger loop (TL)和一个脯氨Pro-Gate loop精准定位到NTP addition site,并参与了金属离子的配位(图1)。此外,在本研究中还发现QDE-1二聚体中一个单体的 C末端尾巴插入到互作分子的的底物结合口袋,在RNA合成过程中起到调节作用(图2)。总之,这项工作详细阐明了QDE-1以及其它two-barrel超级族聚合酶的DNA/RNA依赖的双重活性的保守机制。

图1. QDE-1通过DdRP/RdRP双重活性生成RNA的分子机制

图2. QDE-1的C末端尾巴在不同反应状态的动态构象变化

复旦大学麻锦彪课题组崔瑞雪博士为论文第一作者,硕士研究生李皓、赵进和本科生李旭航也参与了本课题的研究。麻锦彪教授、甘建华研究院为共同通讯作者。上海同步辐射光源提供了X-射线衍射设施。研究获得了国家自然科学基金(31971130)和重点研发项目(2018YFC1003801)的资助。

 

论文链接:https://doi.org/10.1093/nar/gkac727

 

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