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世界杰出女科学家Cell发布miRNA研究重要成果

2016/01/10 来源:生物通/何嫱
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导读
在发表于12月31日《细胞》(Cell)杂志上的一项新研究中,IBS研究小组证实了以往的研究发现,揭示出了“微处理器”复合物的组成和详细作用机制。这项研究证实DROSHA具有两个DGCR8结合位点,并提供了微处理器组装的清晰图像。


我们的身体是由许多不同类型的细胞所构成,不同的基因表达决定了每种细胞的身份。但当这种基因表达出错之时就会发生癌症和遗传疾病。MicroRNAs (miRNAs)是一类重要的基因表达调控因子,它们在包括发育、分化、炎症、衰老和癌症等几乎所有的生物学过程中发挥着至关重要的作用。

解析miRNA的加工过程,对于了解miRNA的功能和调控机制至关重要。这种RNA一开始在细胞核中是一种微小的折叠发夹结构,被称作为初始 miRNA (Primary microRNA, pri-miRNA)。细胞借助于一种特殊的机器——“微处理器”复合物来识别并加工pri-miRNA,将它们转变为较短的功能性miRNA形式。

“微处理器”复合物包含有一个DROSHA和两个DGCR8蛋白,它负责完成两项工作:测量pri-miRNA然后剪掉它的基底部,生成miRNA前体(pre-miRNA)。经进一步加工后,成熟miRNA和RNA诱导沉默复合物(RNAinduced silencing complex,RISC)与细胞质中的信使RNA(mRNA)相互作用抑制翻译过程,阻止核糖体生成蛋白质。

尽管在过去的十年里已对这一过程进行了较为深入的研究,由于尚未充分揭示蛋白质结构,对于微处理器的分子基础仍然知之甚少。韩国基础科学研究所(IBS)RNA研究中心的科学家们一直走在这一领域的前沿,致力发现及描绘pri-miRNA生物合成过程相关结构的复杂性。由韩国著名女科学家金娜蕊(V. Narry Kim)领导的研究小组率先阐明了“微处理器”复合物组件——DROSHA的三维图像。然而直到现在,还没有人能够获得DROSHA的晶体结构。

金娜蕊在理解微RNA生源论方面做出了重要贡献,其开创性的研究为微RNA生物学及其潜在的医学应用奠定了重要基础。曾获得2008年联合国“世界杰出女科学家奖”、2009年“何岩医学奖”以及2010年的韩国“国家荣誉的科学家”等奖励和称号。2010年被国际顶级生命科学期刊Cell杂志选为编委。除了在学术上颇有建树,金娜蕊还是位智慧与美丽兼得的美女科学家。被同济大学王昌荣教授称赞为“韩国世界级美女科学家”。

在发表于12月31日《细胞》(Cell)杂志上的一项新研究中,IBS研究小组证实了以往的研究发现,揭示出了“微处理器”复合物的组成和详细作用机制。这项研究证实DROSHA具有两个DGCR8结合位点,并提供了微处理器组装的清晰图像。在了解它的结构后,研究人员确定了DROSHA与DGCR8相互作用决定pri-miRNA中切割位点的机制。

以往她们曾观察到“微处理器”复合物在距离基底接合点(basal junction) 大约11个碱基对的距离处切割了pri-miRNA的中间茎区。当前的研究帮助了她们确定了DROSHA的形状具有独特的物理特征,包括一个“突起部”,可完美地容纳pri-miRNA。这一突起物有可能充当了测量向导,为DROSHA指出了11个碱基对的距离以实现切割。

当研究人员仔细观测DROSHA时,注意到它与Dicer酶具有一些惊人的结构相似性,尽管Dicer远离DROSHA发挥功能。研究人员推测,DROSHA有可能是从Dicer的同系物进化而来。

由于一些技术困难,纯化出过表达的DROSHA蛋白进行研究过去是不可能的事。一不小心,DROSHA在蛋白质纯化过程中很容易聚集,因此无法变为成功的结晶。为了保持其结构完整性,研究小组共表达了结合并覆盖DROSHA疏水表面,维持DROSHA完整性的DGCR8 23个氨基酸。IBS研究人员Jae-Sung Woo说:“没有这种疏水互作,DROSHA蛋白将会异常折叠及积聚,因此会让它们丧失功能。由于维持了蛋白质,研究人员能够完成X-射线结晶,获得了它们的首个清晰图像。”

了解DROSHA的结构是认识microRNA生物合成过程的另一个关键步骤。这一知识是设计出一些新方法来调控和控制表达的基础,具有广泛的应用包括构建新的抗真菌药物及阻止肿瘤生长。随着抗生素耐药性的增长,能够更精确地控制RNAi有可能站在对抗无法治疗的细菌感染的前沿位置。获得这一图像突破为获得更深入的认识及令人兴奋的细胞增殖新应用打开了大门。研究人员Sung Chul Kwon说:“在未来,我们打算揭示pri-miRNA结合微处理器复合物的结构。”

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