中科院Nature子刊解开青春之泉的秘密

　　

生物通报道  来自中科院上海生命科学研究院的科学家与亚利桑那州立大学的合作者一起，首次在原子水平上解析了端粒酶的结构，解开了这一青春之泉的一些秘密。研究结果发表在5月4日的《自然结构与分子生物学》（Nature Structural and Molecular Biology）杂志上。

中科院上海生命科学研究院的雷鸣（Ming Lei）研究员及亚利桑那州立大学的陈居连（Julian Chen，音译）教授是这篇论文的共同通讯作者。雷鸣研究员近期才从密西根大学回到中科院，负责领导一个新的国家蛋白质科学中心。他的主要研究方向为染色体结构生物学。

由于它们与衰老及癌症之间的联系，端粒和端粒酶成为了近年来国内外医学界研究的热点。2009年的诺贝尔生理学或医学奖便颁给了发现端粒和端粒酶保护染色体机理的三位科学家。端粒定位在我们染色体的末端，这些DNA 片段像帽子一样盖住染色体保护着我们的遗传信息，确保了细胞的正常分裂，也保存着有关我们衰老及患癌机制的一些秘密（延伸阅读：华人科学家Nature发布首张完整端粒酶图谱 ）。

可以将染色体末端的端粒比喻为鞋带两端的塑料套：端粒使得染色体末端不受磨损，且不会相互粘连到一起，否则则会破坏或搞乱我们的遗传信息。

我们的细胞每分裂一次，其端粒也随之变短。当它们变得过短之时，细胞不再能够分裂，会失去活性或是死亡。这一端粒缩短的过程与衰老、癌症和高死亡风险相关。个体之间最初的端粒长度有可能会存在差异。显然，长短非常重要！

亚利桑那州立大学化学与生物化学教授陈居连说：“端粒酶对于端粒的维持和基因组完整性至关重要。一些破坏端粒酶功能的突变与许多因端粒缩短及基因组不稳定所引起的人类疾病相关联。”

陈居连说：“尽管具有强大的医学应用，研究人员对于端粒酶全酶（端粒酶复合体最重要的部件）组装的机制却仍然知之甚少。我们感到尤其兴奋之处在于，这项研究第一次在原子水平上描述了脊椎动物端粒酶复合体的蛋白质和RNA的互作。”

在这篇文章中，研究人员报告了来自青鳉（Oryzias latipes）的端粒酶RNA(TR)第4、5保守区域(CR4/5)与端粒酶逆转录酶（TERT）TR结合结构域(TRBD)形成复合体的晶体结构。该晶体结构显示CR4/5利用它的两臂固定在TRBD上，形成了L型的三向连接构象（three-way-junction conformation）。CR4/5的序列和构象是这种互作的必要条件。结构和突变分析表明，所观察到的CR4/5-TRBD识别普遍存在于在大多数的真核生物中。脊椎动物端粒酶RNA中的CR4/5在端粒酶调控中有可能发挥了与四膜虫端粒酶RNA中茎环IV（stem-loop IV）相似的作用。

这项研究得到了来自美国国立卫生研究院(RO1GM094450 to J.J.-L.C.)、中国科技部(2013CB910400 to M.L.)和中科院战略性先导科技专项(XDB08010201 to M.L.)的资金支持。

（生物通：何嫱）

作者简介：

雷鸣

简历：
1989-1994年，清华大学现代应用物理系，获物理学与计算机科学双学士学位。1994-1996年，加拿大麦吉尔大学物理系，获物理学硕士学位。1996-2001年，美国哈佛大学，获生物物理学博士学位。2001-2004年，美国科罗拉多大学波尔德分校化学与生物化学系，从事博士后研究。2004-2011年，美国密歇根大学医学院生物化学系，历任助理教授、副教授（with tenure）。2009年被美国霍华德休斯医学研究院（HHMI）聘为青年研究员。2011年6月回国工作，现任国家蛋白质科学中心（上海）（筹）主任，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所副所长，研究员，博士生导师，中组部“****”特聘专家。

研究方向：
研究方向：染色体结构生物学

研究工作：
（1）研究人类端粒结合蛋白调控端粒结构与端粒酶的分子机制。
（2）研究端粒与DNA修复因子的关系。
（3）研究表观遗产调控过程中重要蛋白质复合物的结构与功能。

获奖及荣誉： 
2001-2004 美国Helen Hay Whitney 基金会博士后奖
2004      美国密西根大学生物学者奖
2006-2008 美国Sidney Kimmel 癌症研究基金会青年科学家奖
2006-2010 美国癌症学会青年科学家奖
2009-2015 美国Howard Hughes Medical Institute 青年科学家奖
2011      美国密西根大学基础科学研究奖
2012.2    入选第七批中央“****”

生物通推荐原文摘要：

Structural basis for protein-RNA recognition in telomerase

Telomerase is a large ribonucleoprotein complex minimally composed of a catalytic telomerase reverse transcriptase (TERT) and an RNA component (TR) that provides the template for telomeric DNA synthesis. However, it remains unclear how TERT and TR assemble into a functional telomerase. Here we report the crystal structure of the conserved regions 4 and 5 (CR4/5) of TR in complex with the TR-binding domain (TRBD) of TERT from the teleost fish Oryzias latipes. The structure shows that CR4/5 adopts an L-shaped three-way-junction conformation with its two arms clamping onto TRBD. Both the sequence and conformation of CR4/5 are required for the interaction. Our structural and mutational analyses suggest that the observed CR4/5-TRBD recognition is common to most eukaryotes, and CR4/5 in vertebrate TR might have a similar role in telomerase regulation as that of stem-loop IV in Tetrahymena TR.