清华颜宁Nature之后再度聚焦PPR蛋白

　　

生物通报道  来自清华大学、南开大学和华中农业大学的研究人员在新研究中证实，PPR（pentatricopeptide repeat）蛋白的氨基末端片段确定了它的二聚化状态。这一研究发现发表在9月17日的《生物化学杂志》（JBC）上。

清华大学的颜宁（Nieng Yan）教授和华中农业大学的殷平（Ping Yin）教授是这篇论文的共同通讯作者。2007年作为普林斯顿大学博士的颜宁受聘于清华大学医学院，成为清华最年轻的教授、博士生导师。在回国的几年间，颜宁教授研究组主要聚焦于膜蛋白、胆固醇代谢调控通路相关因子的结构生物学研究，在Science、Nature、Cell等杂志上发表多篇重要的论文，并荣获了中国青年女科学家奖、HHMI国际青年科学家奖等奖励（延伸阅读：Cell四十周年聚焦科研新星——颜宁 ）。殷平教授的主要研究方向是结构生物学。

PPR蛋白是广泛分布于各类生物当中的一大类蛋白家族，在陆地开花植物中尤为丰富，其是作为一类序列特异性的单链RNA结合蛋白来发挥功能。PPR蛋白主要存在于叶绿体和线粒体中，在那里参与包括RNA编辑、成熟、稳定性和翻译在内的多个方面的细胞器RNA代谢过程。各种针对PPR蛋白的植物生理学研究揭示它们在生育、胚胎发生、昼夜节律反应和器官分离等广泛植物发育过程中发挥至关重要的作用，尤其因为与包括多种农作物在内的植物细胞质雄性不育(CMS)有直接联系而受到重视。在人类线粒体中，PPR蛋白LRPPRC与Leigh综合症和腺癌密切相关。

在去年发表于《自然》（Nature）杂志上的论文中，颜宁教授研究组与施一公、朱健康、王佳伟、王宏伟等课题组合作，选择源自玉米叶绿体的PPR10蛋白进行了深入的结构生物学和生物化学分析，最终获得了PPR10蛋白在未结合RNA和特异结合靶标PSAJ单链RNA两种状态下的高分辨率晶体结构。结构显示，PPR10包含19个PPR重复单元，每个PPR重复单元均为helix-loop-helix结构，多个重复单元组成两圈右手超螺旋。PPR10-PSAJ的复合体晶体结构则清晰地揭示了PPR蛋白特异性识别RNA碱基的分子机理。特异识别发生于PPR重复单元的第2、5、35位的氨基酸与相对应的RNA碱基。

这一结构生物学研究让研究人员第一次初步认识了PPR蛋白对单链RNA的序列特异性识别机制。有趣的是，以往的分析超速离心检测表明结合atpH的PPR10是一个单体，而这一晶体结构表明在存在以及不存在PSAJ单链RNA的情况下，两个PPR10缠绕成了一个反向平行的同源二聚体。表明PPR10有可能以单体或二聚体状态存在，不同的状态或许对应了它们多种多样的功能。

在这篇新文章中，研究人员证实PPR10的氨基末端片段决定了PPR10的二聚化状态。PPR10第10个重复单元内的单个氨基酸从半胱氨酸（cysteine）转变为丝氨酸（serine），进一步驱动了PPR10二聚化。阐明PPR10二聚化的决定因素为了解各种生理功能下PPR蛋白潜在的作用机制奠定了重要的基础。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Examination of the Dimerization States of the Single-stranded RNA-recognition Protein PPR10

Pentatricopeptide repeat (PPR) proteins, particularly abundant in plastids and mitochrondria of angiosperms, include a large number of sequence-specific RNA binding proteins which are involved indiverse aspects of organelle RNA metabolisms. PPR proteins contain multiple tandom repeats and each repeat can specifically recognize a RNA base through residues 2, 5, and 35 in a modular fashion……

Structural basis for the modular recognition of single-stranded RNA by PPR proteins.Nature 504, 168-171 doi:10.1038/nature12651

Pentatricopeptide repeat (PPR) proteins represent a large family of sequence-specific RNA-binding proteins that are involved in multiple aspects of RNA metabolism. PPR proteins, which are found in exceptionally large numbers in the mitochondria and chloroplasts of terrestrial plants1, 2, 3, 4, 5, recognize single-stranded RNA (ssRNA) in a modular fashion6, 7, 8. The maize chloroplast protein PPR10 binds to two similar RNA sequences from the ATPI–ATPH and PSAJ–RPL33 intergenic regions, referred to as ATPH and PSAJ, respectively……