Cell子刊：是什么造就了剪切子

细胞通过RNA干涉（RNAi）来调节基因的表达，而Argonaute是这一RNA沉默通路中的核心蛋白元件。研究人员向人们展示了人类Argonaute蛋白之间的关键差异，并且在此基础上活化了原本不能进行剪切的蛋白，文章发表在Cell旗下的Cell Reports杂志上。

　　

生物通报道：细胞通过RNA干涉（RNAi）来调节基因的表达，而Argonaute是这一RNA沉默通路中的核心蛋白元件。在人类的四种Argonaute（hAgo1-4）中，只有hAgo2是活跃的RNA剪切子，可以直接剪切携带基因组编码信息的信使RNA，阻止相应蛋白的合成。

此前有研究解析了hAgo2的原子结构，揭示了该蛋白的活性位点，这一区域对于hAgo2的剪切活性非常关键。尽管另外三种Argonaute蛋白与hAgo2很相似，但它们都缺乏剪切活性，冷泉港实验室CSHL的研究团队对此展开了研究。

在Leemor Joshua-Tor教授的领导下，研究人员向人们展示了人类Argonaute蛋白之间的关键差异，并且在此基础上活化了原本不能进行剪切的蛋白，文章发表在Cell旗下的Cell Reports杂志上。

研究人员分析了hAgo1与microRNA（let-7）结合时的结构，let-7在进化中高度保守，存在于多个种属中，参与了与人类发育和癌症有关的基因表达调控。“我们达到了迄今为止，真核生物Argonaute结构的最高分辨率，可以对活性位点等重要区域进行更深入的分析，”Joshua-Tor说。

研究显示，不具剪切活性的Argonaute与剪切子hAgo2的结构非常相似。为此，研究人员进行了突变分析，以明确造成Argonaute蛋白活性差异的因素。在此基础上，他们找到了一个远离活性位点的重要区域，并通过改变这一区域使hAgo1转变为一个剪切子。

此前的研究指出，由4种氨基酸组成的序列是hAgo2活性位点的核心。研究人员发现，在这一关键序列中，hAgo1与hAgo2存在一个氨基酸的差异。他们对hAgo1进行改造，使上述序列与hAgo2相同。但改造后的hAgo1仍旧无法执行剪切功能。这说明剪切RNA还需要其他的必须因素。

“我们发现要激活hAgo1的剪切能力 ，还需要一个突变，”文章的第一作者Chris Faehnle说。这一突变位于hAgo1的RNA结合沟，研究人员将上述两个突变结合，使hAgo1转变为一个剪切子，只不过其活性不如hAgo2那么有效。

随后，研究人员又将hAgo2的N-domain区域与hAgo1的相应区域进行互换，成功增强了hAgo1的剪切活性。研究显示，这些措施对hAgo3也有同样的效果。

研究人员指出，决定一个蛋白活性的因素有很多，不只是活性位点。其他区域的结构优化，对蛋白的总体活性也很重要。“这项研究揭示了Argonaute蛋白在分子水平上的工作机制，将帮助人们更好的开发小RNA治疗。”Joshua-Tor说。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

The Making of a Slicer: Activation of Human Argonaute-1

Argonautes are the central protein component in small RNA silencing pathways. Of the four human Argonautes (hAgo1hAgo4) only hAgo2 is an active slicer. We determined the structure of hAgo1 bound to endogenous copurified RNAs to 1.75 Å resolution and hAgo1 loaded with let-7 microRNA to 2.1 Å. Both structures are strikingly similar to the structures of hAgo2. A conserved catalytic tetrad within the PIWI domain of hAgo2 is required for its slicing activity. Completion of the tetrad, combined with a mutation on a loop adjacent to the active site of hAgo1, results in slicer activity that is substantially enhanced by swapping in the N domain of hAgo2. hAgo3, with an intact tetrad, becomes an active slicer by swapping the N domain of hAgo2 without additional mutations. Intriguingly, the elements that make Argonaute an active slicer involve a sophisticated interplay between the active site and more distant regions of the enzyme.