NIBS叶克穷研究组解析核糖体组装关键蛋白

　　

   2014年7月2日，北京生命科学研究所叶克穷实验室在《Journal of Biological Chemistry》杂志在线发表题为“Interaction between Ribosome Assembly Factors Krr1 and Faf1 is Essential for Formation of Small Ribosomal Subunit in Yeast”的论文，揭示了酵母核糖体组装过程中两个重要蛋白的结构和功能。 

    地球上所有的生物都依赖核糖体来合成蛋白质。核糖体本身是个庞大复杂的分子机器，在酵母中由四条rRNA和79个核糖体蛋白组成。核糖体在体内需要经过高度复杂和动态的组装过程才能形成，已经发现大量蛋白质因子和RNA参与核糖体的组装，它们在特定的时间与核糖体大小两个亚基结合，并在核糖体成熟过程中脱落，从而形成多种核糖体前体颗粒。目前对核糖体前体的结构和动态变化、以及大部分组装因子的功能还很不清楚。

    叶克穷实验室主要研究酵母核糖体在体内组装的分子过程。在这个工作中，他们解析了两个核糖体组装因子Krr1和Faf1复合物的晶体结构，以及研究了它们相互结合的意义。这两个蛋白是核糖体小亚基早期90S前体的组分，90S核糖体前体是个非常复杂的结构，除了包含核糖体RNA和一些核糖体蛋白，还结合了大约50个组装因子和U3 RNA。Krr1和Faf1复合物结构的解析使得我们在理解90S前体结构和核糖体组装机制上又前进了一步。

    晶体结构显示Krr1含有两个相互堆积的KH结构域，KH结构域通常结合RNA。但第一个KH结构域已经退化，缺少结合RNA的保守元件，却与另外一个组装因子Kri1相互作用。第二个KH结构域具有经典的RNA结合界面，还能结合Faf1蛋白。KH结构域在Krr1中具有结合蛋白的能力，反映了其在功能上的多样性。

    论文还利用酵母的体内突变实验和功能分析发现Krr1和Faf1的结合对于酵母的生长至关重要，破坏它们的结合导致小亚基rRNA不能正常的加工，但不能阻止它们组装到核糖体前体中，这揭示它们之间相互作用在维持90S的功能构象上的重要性。

    该工作主要由北京生命科学研究所学生郑三多和兰鹏飞完成，他们是文章的共同第一作者，叶克穷博士是本文通讯作者。此研究受中国科技部和北京市科委资助，在北京生命科学研究所完成。

原文摘要：

Interaction between Ribosome Assembly Factors Krr1 and Faf1 is Essential for Formation of Small Ribosomal Subunit in Yeast

Ribosome formation in Saccharomyces cerevisiae requires a large number of transiently associated assembly factors that coordinate processing and folding of pre-rRNA and binding of ribosomal proteins. Krr1 and Faf1 are two interacting proteins present in early 90S precursor particles of small ribosomal subunit. Here we determine a co-crystal structure of the core domain of Krr1 bound to a 19-residue fragment of Faf1 at 2.8 Å resolution. The structure reveals that Krr1 consists of two packed K homology (KH) domains, KH1 and KH2, and resembles archaeal Dim2-like proteins. We show that KH1 is a divergent KH domain that lacks the RNA-binding GXXG motif and is involved in binding another assembly factor, Kri1. KH2 contains a canonical RNA-binding surface and additionally associates with an α-helix of Faf1. Specific disruption of Krr1-Faf1 interaction impaired early 18S rRNA processing at sites A0, A1 and A2 and caused cell lethality, but it did not prevent incorporation of the two proteins into preribosomes. The Krr1-Faf1 interaction likely maintains a critical conformation of 90S preribosomes required for pre-rRNA processing. Our results illustrate the versatility of KH domains in protein interaction and provide insight into the role of Krr1-Faf1 interaction in ribosome biogenesis.