生物通報道  來自斯克里普斯研究所的科學(xué)家們確定了一個在細(xì)胞活動中起關(guān)鍵性調(diào)控作用的人類蛋白質(zhì)的三維原子結(jié)構(gòu)。這一研究發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家們理解RNA沉默（RNA-silencing）過程及利用它治療疾病鋪平了道路。相關(guān)研究論文發(fā)布在4月26日的《科學(xué)》（Science）雜志上。

“盡管RNA沉默為生物學(xué)家們所知也才只有10年左右的時間，然而很清楚的是其具有巨大的尚待發(fā)掘的新治療潛力，”文章的資深作者、斯克里普斯研究所助理教授Ian MacRae說。

在這篇文章中，研究人員將焦點(diǎn)放在一個稱為Argonaute2的蛋白上。這一蛋白可在基因RNA轉(zhuǎn)錄物翻譯為功能蛋白前將其攔截和沉默，從而能夠有效的沉默“基因”。

攔截和破壞信息

當(dāng)編碼蛋白質(zhì)的基因在細(xì)胞內(nèi)處于活性狀態(tài)時，其信息會從DNA形式轉(zhuǎn)錄為信使RNA(mRNA)。如果一切順利，這些編碼的mRNA信號會通向細(xì)胞的蛋白質(zhì)制造工廠，在那里用它作為模板合成新的蛋白質(zhì)。RNA沉默，又稱RNA干擾(RNAi)，是一種攔截和破壞這些信息的過程——正因?yàn)槿绱耍琑NA沉默成為了細(xì)胞活性強(qiáng)有力和特異的調(diào)控因子，以及對抗病毒基因的強(qiáng)有力的防御者。

沉默的過程不僅需要Argonaute蛋白參與，還需要一段短的導(dǎo)向性RNA（guide RNA），稱為短干擾RNA（short-interfering RNA）或microRNA。這一導(dǎo)向性RNA插入到Argonaute的槽孔中，作為靶向識別裝置。就像VelcroTM的編碼條帶，導(dǎo)向性RNA鎖定在與自己序列互補(bǔ)的特異性mRNA靶標(biāo)上，從而使Argonaute接觸到它的獵物。

Argonaute2并不是唯一一種人類Argonaute蛋白，不過似乎卻只有它能夠直接破壞靶向RNA。“如果導(dǎo)向性RNA與靶RNA完全互補(bǔ)，Argonaute2將會切斷mRNA，誘使這些片段降解，遺傳信息丟失，”文章的主要作者、MacRae實(shí)驗(yàn)室研究生Nicole Schirle說。

瞄準(zhǔn)致病基因或真實(shí)細(xì)胞自身過度活躍的導(dǎo)向性RNA，RNA沉默有可能成為一種強(qiáng)有力的治療武器。從理論上講，只需要注入靶向特異性導(dǎo)向性RNA，它們就會與細(xì)胞內(nèi)的Argonaute蛋白連接到一起尋找和摧毀靶向RNAs。科學(xué)家們用相對容易靶向的細(xì)胞，例如眼睛中的細(xì)胞，已成功地做到了這一點(diǎn)。但是他們也發(fā)現(xiàn)很難開發(fā)出能夠從血流進(jìn)入不同組織，并仍能發(fā)揮功能的導(dǎo)向性RNAs。

“你必須要修改導(dǎo)向性RNA，以某種方式讓它通過血液進(jìn)入到細(xì)胞中，但是一旦你開始修改它，你就愛會破壞它與Argonaute的互作，”MacRae說。了解Argonaute的確切結(jié)構(gòu)可使研究人員清除這一障礙，設(shè)計出更好的導(dǎo)向性RNA。

多點(diǎn)操控

過去的結(jié)構(gòu)研究主要集中在來自細(xì)菌和其他低等生物體的Argonaute蛋白，它們與人類的相應(yīng)蛋白有一些關(guān)鍵性的差異。Schirle構(gòu)建出了相對較大和復(fù)雜的人類Argonaute2，并操作它形成了可供X射線晶體學(xué)分析的晶體——這是結(jié)構(gòu)生物學(xué)在過去10年一直想達(dá)到的一項(xiàng)卓越的成果。“這是優(yōu)秀和勤奮的結(jié)晶，”MacRae說。

研究小組分析了Argonaute2的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)它具有與細(xì)菌Argonaute蛋白相同的功能組件，除了排列略有不同。此外，Argonaute2的關(guān)鍵組件還有一些在細(xì)菌蛋白中未看到的額外的環(huán)（loops）和其他結(jié)構(gòu)，也許在結(jié)合RNA中發(fā)揮了作用。最后，Argonaute2似乎是另一個輔因子蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。這種輔因子蛋白被認(rèn)為可對靶mRNA造成其他的破壞性作用。

“基本上，這一Argonaute比它的細(xì)菌‘表親’更為復(fù)雜，它有更多的特殊部分和性能，為我們提供了多個可供操作的點(diǎn)。隨著這一結(jié)構(gòu)的解開，我們不再需要利用原核生物結(jié)構(gòu)來猜測人類Argonaute的樣子，”MacRae說。

MacRae、Schirle和其他實(shí)驗(yàn)室的同事現(xiàn)在正在分析Argonaute2子結(jié)構(gòu)的功能，以及尋找設(shè)計更好的治療性導(dǎo)向性RNAs的道路。

 “現(xiàn)在利用這些結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，我們可以知道什么樣的合成導(dǎo)向性RNA可對Argonaute起作用，什么樣的不可以。我們甚至有可能制造出比天然RNAs更好的導(dǎo)向性RNAs，”MacRae說。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

The Crystal Structure of Human Argonaute2

Argonaute proteins form the functional core of the RNA-induced silencing complexes (RISCs) that mediate RNA silencing in eukaryotes. The 2.3-angstrom-resolution crystal structure of human Argonaute2 (Ago2) reveals a bi-lobed molecule with a central cleft for binding guide and target RNAs. Nucleotides 2 to 6 of a heterogeneous mixture of guide RNAs are positioned in an A-form conformation for base pairing with mRNA targets. Between nucleotides 6 and 7 there is a kink, which may function in miRNA target recognition or release of sliced RNA products. Tandem tryptophan binding pockets in the PIWI domain define a likely interaction surface for recruitment of GW182 or other tryptophan-rich cofactors. These results will enable structure-based approaches for harnessing the untapped therapeutic potential of RNA silencing in humans.