叶克穷博士2011连发Nature，JBC文章

　　

生物通报道：早年毕业于浙江大学的叶克穷研究员2005年加入北京生科所，在蛋白质和核糖核酸之间的相互作用研究方面获得了颇多成果，2011年接连在Nature，JBC杂志上发表重要成果，分别在C/D RNA蛋白质复合物催化RNA核糖甲基化的结构机理、HC-Pro蛋白酶结构域方面取得了结构生物学的研究成果。

发表在JBC上的题为“Structure of the autocatalytic cysteine protease domain of potyvirus helper-component proteinase”的论文首次报道HC-Pro蛋白酶结构域的晶体结构，揭示它的分子内自切割和底物识别的结构机制。

HC-Pro (Helper component proteinase) 是Potyvirus编码的多功能蛋白,参与了蚜虫介导的病毒传播，基因沉默抑制和病毒蛋白切割等过程。尽管过去三十年有大量的有关HC-Pro的研究，其任何一部分尚未报道高分辨率三维结构。该论文报道了首个HC-Pro蛋白酶结构域的晶体结构。HC-Pro作为蛋白酶只切割自身的C端的肽键。该结构反映了其完成自我切割后的构象。切割后的碳端尾巴还紧紧结合在活性位点，阻止了其他底物的进入，这种自抑制状态解释了为什么HC-Pro只有分子内切割的活性，而不能切割其他底物。该结构与其他半胱氨酸蛋白酶结构有显著差别，但有很相似的催化位点。该结构还揭示了识别底物切割位点附近序列的基础。另外结构的一个高度保守的表面可能和RNA沉默抑制子等其他功能有关。

文章的通讯作者是叶克穷博士，第一作者是北京生命科学研究所和中国农业大学联合培养的博士研究生郭碧红，其他研究人员还包括林金钟博士。我研究由科技部和北京市政府资助,在北京生命科学研究所完成。

另外一篇题为“Structural basis for site-specific ribose methylation by box C/D RNA protein complexes”的文章解析了C/D RNA蛋白质复合物催化RNA核糖甲基化的结构机理。

C/D RNA是普遍存在于真核生物和古细菌的一类古老的非编码RNA，它们主要介导核糖体RNA和剪切体RNA大量特定位点上的核糖甲基化修饰，同时参与真核生物核糖体的装配。在古细菌中，C/D RNA和甲基转移酶fibrillarin，RNA结合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成复合物。C/D RNA能和修饰位点两边的碱基序列互补配对，而实现对底物的特异性选择。虽然对这个复合物的结构已经有较多研究，但二个基本问题仍然没有解决。首先C/D RNA是如何和蛋白质组装形成复合物的？其中经典的模型认为一条C/D RNA和两套蛋白结合形成所谓的“单体”结构，但是最近的研究认为两条C/D RNA和四套蛋白结合形成 “交叉双体”结构。第二个问题是C/D RNA如何指导甲基转移酶选择特定的修饰位点？

这一论文报道了一个加载了底物的完整C/D RNA蛋白质复合物的3.15埃晶体结构。其中晶体X光衍射数据在上海光源生物大分子晶体学线站BL17U搜集。该结构首次显示了这个复杂分子机器的整体组装方式，为“单体”模型提供了直接的证据。这个结构还清楚的显示了底物RNA的结合方式和催化亚基选择特定修饰位点的方式。作者还发现，为了形成催化所需的活性状态，底物的加载诱发了复合物内部结构发生广泛的变化。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Structure of the autocatalytic cysteine protease domain of potyvirus helper-component proteinase

The helper-component proteinase (HC-Pro) of potyvirus is involved in polyprotein processing, aphid transmission and suppression of antiviral RNA silencing. There is no high-resolution structure reported for any part of HC-Pro, hindering mechanistic understanding of its multiple functions. We have determined the crystal structure of the cysteine protease domain of HC-Pro from turnip mosaic virus at 2.0 Å resolution. As a protease, HC-Pro only cleaves a Gly-Gly dipeptide at its own C-terminus. The structure represents a post-cleavage state in which the cleaved C-terminus remains tightly bound at the active site cleft to prevent trans activity. The structure adopts a compact α/β fold, which differs from papain-like cysteine proteases and shows weak similarity to nsP2 protease from Venezuelan equine encephalitis alphavirus. Nevertheless, the catalytic cysteine and histidine residues constitute an active site that is highly similar to these in papain-like and nsP2 proteases. HC-Pro recognizes a consensus sequence YXVGG around the cleavage site between the two glycine residues. The structure delineates the sequence specificity at sites P1 to P4. Structural modeling and covariation analysis across the Potyviridae family suggest a tryptophan residue accounting for the glycine specificity at site P1'. Moreover, a surface of the protease domain is conserved in potyvirus but not in other genera of the Potyviridae family, likely due to extra functional constrain. The structure provides insight into the catalysis mechanism, cis-acting mode, cleavage site specificity and other functions of the HC-Pro protease domain.

作者简介：

叶克穷 博士

教育经历

1995  浙江大学生物学学士

2000  中科院生物物理所博士

工作经历

2005-present 北京生命科学研究所研究员

2001-2005  Memorial Sloan-Kettering Cancer Center博士后（ Dr. Dinshaw J. Patel）

研究概述

该实验室主要研究蛋白质和核糖核酸之间的相互作用。核糖核酸除了在基因表达中作为信使，还有很多其他的功能。在各种生物体中已经发现了很多非编码的核糖核酸，它们不翻译成蛋白质，却在结构、催化、基因调节中起重要作用。这些非编码核糖核酸通常和蛋白质结合后行使其功能。该实验室一个主要的研究领域是所谓的核酸干扰。这是由长度约为21个核甘酸的微小核糖核酸介导的基因调控过程。该实验室将研究这些微小核酸是如何生成、如何工作、又是如何受到调控的。其他的课题还包括一些由核糖核酸介导的核糖核酸修饰系统。该实验室主要使用X光晶体学，核磁共振等结构方法以及生化分析作为研究手段。