麻錦彪課題組在核酸外切酶SDN1參與植物小非編碼RNA代謝的分子機制研究中取得新進展
9月4日，我院遺傳工程國家重點實驗室麻錦彪教授課題組在核酸外切酶SDN1如何參與小非編碼RNA周轉代謝的研究中取得重要進展。該研究在分子水平闡明了SDN1識別剪切多種RNA底物的工作機制，并提出了SDN1在生物體內修剪小非編碼RNA的分子模型，對于其他參與小非編碼RNA降解代謝的核酸外切酶的可能作用方式提供了參考。相關研究成果以《擬南芥SDN1對于小RNA 3’端修剪機制的結構生化研究》(Structural and biochemical insights into small RNA 3’end trimming by Arabidopsis SDN1)為題在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
小非編碼RNA是一類重要的調控RNA，一般參與到基因的轉錄后沉默中，這一過程也稱為RNA干擾。微小RNA (miRNA)是其中重要的一類，其自身含量也需要受到精確的調控以維持穩(wěn)態(tài)。擬南芥中的SDN1蛋白是一種特異性作用于小非編碼RNA的核酸外切酶，通過剪切成熟miRNA的3’端核苷酸使其不穩(wěn)定，進而進入周轉途徑。miRNA的降解周轉對生物體進行正常代謝是必須的，擬南芥中SDN家族基因表達下調后會造成體內的miRNA水平上升，而植株會產生葉片變小、邊緣鋸齒化和早花等多種發(fā)育缺陷。
麻錦彪教授課題組通過X射線晶體學衍射和多種生物化學等手段解析了擬南芥SDN1的氮端結構域以及催化結構域與RNA底物的復合物的晶體結構，從分子水平闡釋了SDN1活性催化口袋對于RNA底物的識別。并通過對SDN1的碳端RRM (RNA Recognition Motif)結構域的晶體結構的解析、核磁滴定以及一系列生化實驗的證據，提出了RRM結構域在SDN1識別剪切單鏈或雙鏈RNA底物時，與催化結構域協(xié)同作用的工作機理，即：SDN1通過RRM結構域結合單鏈RNA的5’端區(qū)域或者雙鏈RNA中互補鏈的5’端單鏈區(qū)，而催化結構域識別并剪切RNA的3’末端。同時該研究表明SDN1與擬南芥AGO蛋白的PAZ結構域之間存在直接的相互作用，而這一相互作用可能促使miRNA 3’端脫離PAZ結構域的保護，進而被SDN1識別剪切，從而提供了在體內生理狀態(tài)下SDN1如何作用于結合在AGO上的miRNA的可能機制。這一研究結果也為理解廣泛參與不同小非編碼RNA的生成和代謝過程的多種核酸外切酶的分子機制提供的一種可能的共同模型（示意圖），也為用于實驗室研究和作為核酸藥物的更加穩(wěn)定的小非編碼RNA的設計和優(yōu)化提供了基礎。
示意圖：SDN1識別剪切不同類型植物小非編碼RNA底物的可能機制模型
復旦大學生命科學學院和遺傳工程國家重點實驗室為該工作的第一完成單位，復旦大學生命科學學院生物化學系博士研究生陳嘉怡為本文第一作者。復旦大學生命科學學院和遺傳工程國家重點實驗室麻錦彪教授主持該項研究工作。加州大學河濱分校陳雪梅教授（Xuemei Chen）課題組參與了SDN1對于不同小RNA底物以及與結合在AGO上miRNA的體外生化分子機制研究，中科院上海生科院生化細胞所黃旲研究員參與了SDN1蛋白純化、與RNA復合物的結晶以及晶體結構解析工作。該研究工作得到國家自然科學基金、中組部千人計劃、遺傳工程國家重點實驗室的經費支持。
（論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05942-7）
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