Science | 周正洪等团队揭示锥虫RNA编辑中gRNA稳定和mRNA识别的结构基础

在布鲁氏锥虫中，由RNA编辑底物结合复合体(RESC)和RNA编辑催化复合体(RECC)组成的编辑体协调指导RNA (gRNA)编程编辑，将线粒体隐转录物重新编码为信使RNA (mRNA)。由于缺乏这些复合物的高分辨率结构，从gRNA到mRNA的信息传递机制尚不清楚。

2023年7月7日，加州大学洛杉矶分校周正洪及波士顿大学Ruslan Aphasizhev共同通讯在Science在线发表题为“Structural basis of gRNA stabilization and mRNA recognition in trypanosomal RNA editing”的研究论文，该研究通过冷冻电子显微镜和功能研究，捕获了gRNA稳定的RESC-A和gRNA-mRNA结合的RESC-B和RESC-C颗粒。

RESC-A隔离gRNA末端，从而促进发夹形成并阻断mRNA通路。RESC-A转化为RESC-B或-C展开gRNA并允许mRNA选择。随后gRNA-mRNA从RESC-B中突出，可能暴露编辑位点以RECC催化裂解、尿苷插入或删除和连接。总之，该研究揭示了一个重塑事件，促进了gRNA-mRNA杂交和大分子底物的组装，以实现编辑体的催化模式。

Kinetoplastids 是一种有鞭毛的原生动物，在世界上一些最贫困的地区感染人类和牲畜。布氏锥虫（Trypanosoma brucei spp）引起非洲人锥虫病和动物锥虫病，分别对撒哈拉以南非洲构成重大健康威胁和经济负担。现有治疗方法的毒性和复杂方案要求鉴定潜在的寄生虫特异性药物靶点，其中独特的细胞器RNA编辑复合物是突出的。

在锥虫中，RNA编辑通过大量的尿嘧啶转录后插入和缺失来恢复线粒体隐基因的蛋白质编码能力。短的非编码RNA结合并在mRNA中编程序列变化。精确地称为引导RNA (gRNAs)是一种约50个核苷酸(nt)的分子，其特征是5 '端的三磷酸化，随后是与mRNA靶标互补的“锚定”区域，即“引导”部分，通常是尿苷化的3 '端。在大规模编辑(泛编辑)mRNA中，随着从3 '端到5 '端重新编码的进行，重叠的gRNA依次与mRNA结合。锥虫中RNA编辑和gRNA的发现为发展现代RNA导向的基因组和转录组改变技术奠定了基础。

RESCs的结构（图源自Science ）

部分定义的布氏锥虫编辑体包括RNA编辑底物结合复合物(RESC)和RNA编辑催化复合物(RECC)。分子研究表明，同源结合伙伴RESC1和RESC2，以前被命名为GRBC1/2或GAP2/1，在gRNA稳定中，并证明它们存在于涉及多达18个多肽的异质(0.3至1.2 MDa)核糖核蛋白(RNPs)中。含有RESC1/2二聚体的RNPs包含编辑底物(gRNA和预编辑mRNA)和产物(部分和完全编辑mRNA)。相反，RECC复合体包含执行gRNA编程的mRNA切割，U插入或删除的酶。

在结构水平上理解编辑机制的努力仍然局限于重组产生的单个酶和因子的晶体学研究。以前的电子显微镜(EM)尝试在~30-Å分辨率下获得催化编辑复合物的负染色结构。在这项研究中，结合了生化、质谱、体内RNA谱和冷冻方法来捕获RESC的三种状态，并通过单粒子冷冻电子显微镜(cryo-EM)揭示它们的原子细节。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg4725

转自：“iNature”微信公众号

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