国家项目许瑞明Genes&Devel发表最新成果

　　

生物通报道：剪接体小核和糖蛋白（snRNP）核心的组装，要求多亚基SMN（survival of motor neuron）复合物的参与，其包含SMN和几个Gemin蛋白。SMN和Gemin2亚基与Sm蛋白直接结合，Gemin5是snRNP生物合成所必需的，并参与snRNA的识别。RNA序列所需的snRNP组件包括Sm位点和一段相邻的3’ 茎-环（stem–loop），但是对于Gemin5的RNA结合的特异性，仍然缺乏精确的理解。

11月10日，在国际学术期刊《enes & Development》发表的一项研究中，来自中科院生物物理研究所和中科院上海生命科学研究院的研究人员通过研究，对于Gemin5的snRNA结合的特异性，提供了机理性的理解，并对于WD40重复蛋白的RNA结合的分子机制，提供了有价值的见解。本文通讯作者是中科院生物物理研究所的许瑞明研究员及其课题组的王明珠博士。相关研究结果：许瑞明课题组Nature子刊解析Sir3转录沉默新机制。

许瑞明教授1984年毕业于浙江大学物理系，1989年获美国Brandeis大学物理系博士，后在得克萨斯大学奥斯汀分校、纽约州立大学石溪分校物理系从事博士后研究，1996-2005年任冷泉港实验室助理教授、副教授、教授，2006-2008年担任美国纽约大学医学院教授，2008年入选国家“****”，任中国科学院生物物理研究所研究员、蛋白质科学国家实验室（筹建）主任、生物大分子国家重点实验室主任、中国科学院生命科学与生物技术局局长。许教授的主要研究方向为基因表达与调控的结构生物学研究，包括转录过程中的表观遗传调控和mRNA转录后加工的分子机理研究。

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Gemin5是SMN复合体的snRNA结合亚基。基于序列预测，它包含13个WD40重复，并且snRNA结合区域被映射到WD40重复结构域。snRNA用于结合SMN复合体的区域，被映射到Sm位点和一个相邻的3’ 茎-环。U1 snRNA上有一个例外，它需要一个5′SL1茎-环用于结合SMN复合体。最近的一项研究显示，一种特殊的U1 snRNP组装路径依赖于U1-70K蛋白，它结合SL1。这个发现或许可以解释一个观察结果：Gemin5不是体外snRNP组装所严格需要的。SMN复合物和Gemin5，与Sm位点的结合，是序列特异性的，但是茎-环的核苷酸序列似乎是不重要的。Gemin5的Sm依赖性结合，已被归因于它的WD40重复结构域。

WD40重复结构域是一个β螺旋桨结构，传统上被认为是一个多功能的蛋白质–蛋白质交互模块。然而，越来越多的WD40重复结构域显示为序列特异性的RNA结合单位。到目前为止，关于WD40结构域的序列特异性的RNA结合的结构基础，只有非常有限的信息，随着用高分辨率低温电子显微镜（cryo-EM）对剪接体复合物的研究越来越多，出现了更多的RNA互动WD40重复结构域的例子。

为了便于对snRNP组装的机理性认识，并阐明非正统RNA结合模块的RNA识别的结构基础，该研究确定了WD40重复结构域的结构。结果表明，Gemin5的N-末端一半——包含两个并列的七片WD40重复结构域，可识别Sm位点。串联WD40重复结构域被紧密联结在一起，形成一个连续的RNA结合表面。RNA接触的残基大部分都位于WD40结构域顶面的β股环之间。结构和生化分析表明，碱基堆积相互作用涉及四个芳香族氨基酸残基，以及通过一对精氨酸（对于Sm序列特异性识别至关重要）的氢键结合。总而言之，这些研究结果，对于Gemin5的snRNA结合特异性提供了机理性的理解，并对于WD40重复蛋白的RNA结合的分子机制，提供了有价值的见解。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Structural basis for snRNA recognition by the double-WD40 repeat domain of Gemin5
Abstract：Assembly of the spliceosomal small nuclear ribonucleoparticle (snRNP) core requires the participation of the multisubunit SMN (survival of motor neuron) complex, which contains SMN and several Gemin proteins. The SMN and Gemin2 subunits directly bind Sm proteins, and Gemin5 is required for snRNP biogenesis and has been implicated in snRNA recognition. The RNA sequence required for snRNP assembly includes the Sm site and an adjacent 3′ stem–loop, but a precise understanding of Gemin5's RNA-binding specificity is lacking. Here we show that the N-terminal half of Gemin5, which is composed of two juxtaposed seven-bladed WD40 repeat domains, recognizes the Sm site. The tandem WD40 repeat domains are rigidly held together to form a contiguous RNA-binding surface. RNA-contacting residues are located mostly on loops between β strands on the apical surface of the WD40 domains. Structural and biochemical analyses show that base-stacking interactions involving four aromatic residues and hydrogen bonding by a pair of arginines are crucial for specific recognition of the Sm sequence. We also show that an adenine immediately 5′ to the Sm site is required for efficient binding and that Gemin5 can bind short RNA oligos in an alternative mode. Our results provide mechanistic understandings of Gemin5's snRNA-binding specificity as well as valuable insights into the molecular mechanism of RNA binding by WD40 repeat proteins in general.