王宏伟课题组在NSMB发表文章,首次报道了内源二类内含子RNP三维结构
2016年5月2日,清华大学生命科学学院教授、清华-北大生命科学联合中心研究员王宏伟领导的研究组及其合作者在《Nature Structural & Molecular Biology》在线发表题为《第二类内含子及其逆转录酶复合体的结构》(Structure of a Group II Intron Complexed with its Reverse Transcriptase)的研究论文,首次报道了内源性的第二类内含子RNA蛋白复合物的3.8埃分辨率的冷冻电镜结构,为理解其功能提供了重要的线索。 第二类内含子RNA大量存在于原核生物中,是真核细胞中剪接体的进化祖先。真核细胞中的绝大多数内含子剪接是通过由少量RNA和许多蛋白质组成的复杂核糖核蛋白复合物剪接体来完成的。而在原核生物第二类内含子的形成过程中,剪接是通过内含子RNA自身结构所产生的核糖酶活性独立介导酯基转移反应从而形成分离的内含子套索和拼接的外显子,因而是相对简单的剪接过程。第二类内含子中通常包含一个编码区,可以翻译成一种多结构域的蛋白质分子(Intron-Encoded Protein)并与内含子RNA一起形成核酸蛋白质复合物。该复合物可以进一步攻击DNA分子并进行反向剪接及拟转录,从而实现内含子基因的转座效应。因而对于第二类内含子RNA蛋白复合物的结构与机理的研究,不但对于理解RNA的剪接原理,也对于揭示RNA介导的DNA转座过程具有重要意义。 乳酸菌内源的LtrB内含子几乎具有第二类内含子的所有特性,它所编码的蛋白质LtrA同时具有核酸内切酶活性与逆转录酶的活性。王宏伟研究组使用冷冻电子显微学技术首次获得了乳酸菌内源提取的具有天然活性的内含子LtrB及其编码的蛋白质LtrA形成的分子量为380kDa的核糖核蛋白复合物的3.8埃分辨率的三维结构。该工作揭示了内含子RNA与其编码的蛋白质在RNA剪接反应中的协同作用,并发现其剪接反应核心区域与真核生物剪接体在结构上的高度保守性。更进一步的,该工作第一次解析了第二类内含子编码蛋白LtrA的结构,揭示了其各个结构域的高分辨率结构及它们在RNA蛋白质复合体中的相互作用关系,对深入揭示第二类内含子RNA蛋白质复合体与DNA目标分子的相互作用发生转座反应的过程提供了重要的启示。对LtrA蛋白结构特征的分析表明,LtrA与真核生物的端粒酶具有非常相似的逆转录酶结构域,提示了第二类内含子编码蛋白质与真核生物端粒酶在进化上具有很近的亲缘关系。以上这些发现都暗示了真核生物剪接体与端粒酶在进化上可能都来自于以第二类内含子RNA蛋白复合体为代表的共同祖先。因而,对第二类内含子RNA蛋白质复合体的进一步研究将对理解真核生物的剪接体与端粒酶的进化过程与分子机制提供新的思路。在2016年4月21-22日于清华大学召开的剪接体国际会议上,王宏伟教授报导了该工作的部分成果,引起了剪接体领域科学家们的广泛关注,认为这项工作是该领域的重要突破之一。 本论文的共同通讯作者为清华大学生命科学学院的王宏伟教授,美国纽约州阿尔巴尼Wadsworth中心的Rajendra Kumar Agrawal教授和美国纽约州阿尔巴尼大学Marlene Belfort教授。论文的共同第一作者是Guosheng Qu, Prem Singh Kaushal,及其清华-北大生命联合中心的博士研究生王家。所有的冷冻电镜数据均采集于国家蛋白质科学(北京)设施清华大学冷冻电镜平台,数据处理工作获得了国家蛋白质科学(北京)设施清华大学高性能计算平台以及清华大学“探索100”超级计算中心的支持。本工作获得了国家自然科学基金委、科技部、北京市科委的支持。 王宏伟教授于2011年辞去耶鲁大学教职全职回到清华大学,回国后继续从事冷冻电子显微学的研究工作,并全力领导建设清华大学冷冻电镜平台。该平台5年来取得了突飞猛进的发展,产出了一系列重要成果。近年来在国际一流杂志上发表十几篇重要论文,是目前国际上运行效率最高的冷冻电镜平台之一。 原文链接:
内含子LtrB及其编码的蛋白质LtrA形成的复合物的三维结构