研究揭示核酶RNaseMRP催化機制

上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院精準醫學研究院雷鳴團隊研究揭示了真核生物中一類保守且必需的核酶RNaseMRP 催化前體rRNA 加工成熟的分子機制。該成果論文在線發表于《科學》。

RNaseMRP 是存在于所有真核生物中一類保守的由一條非編碼RNA 催化亞基和近十個蛋白質組成的核糖核酸復合物。它在核糖體rRNA 前體成熟過程和細胞周期調控中都扮演著重要的角色。

人源RNaseMRP RNA 組分的突變導致以侏儒、軟骨及毛發發育不良等為顯著特征的嚴重發育缺陷型疾病。在組成成分和進化上，RNaseMRP 都與體內另一類保守且必需的核酶RNaseP 密切相關。但是二者具有完全不同的底物特異性和底物識別機制，功能上也不具有冗余性。RNaseP 催化的底物主要是tRNA 前體，催化切割pre-tRNA5’leader 進而促進tRNA 的成熟。RNaseP 是通過“doubleanchor”機制來識別tRNA 的acceptorstem 結構，不具有序列特異性。

此前雷鳴團隊先后解析了酵母、古細菌以及人源RNaseP 的全酶及其底物復合物結構，詳盡闡釋了RNaseP 的底物識別和催化機制，并為這一類地球上所有生物中都存在的核酶提供了進化上新的見解。在這項工作中，雷鳴團隊從酵母中成功提取RNase MRP 復合物，利用冷凍電鏡單顆粒重構技術，分別解析了RNaseMRP 全酶和帶有底物的復合物高分辨率結構，該結構清晰揭示了RNaseMRP 是如何由RNaseP 衍化而來并獲得了全新的不同的底物特異性。在底物識別方面，RNaseMRP 摒棄了RNaseP 所采用的雙錨定機制，但在催化核心上，則完全保留了RNaseP 所采用的雙鎂離子SN2 催化反應機理。

一個核心而關鍵的問題是：究竟是什么決定了RNaseMRP 的底物特異性？結合RNaseMRP—底物復合物的結構以及體外生化實驗表明，位于RNase MRP 底物結合口袋周圍的幾個關鍵蛋白質亞基相較于RNaseP 中的結構，其采用了完全不同的折疊方式，賦予了RNaseMRP 不同的底物特異性。不同于RNase P 通過識別底物 tRNA 前體的三維結構特征進行催化，它僅識別一段短的單鏈RNA片段，并且具有一定的序列特異性。

RNaseMRP 的RNA 催化亞基和端粒酶的RNA 亞基是目前細胞核內唯一的兩個被廣泛接受并驗證的與人類遺傳疾病緊密相關的非編碼RNA 分子，該項研究工作為理解RNaseMRP 的催化機理以及突變導致的致病機理提供了堅實的基礎。