3月12日，中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所黃旲研究組在國際學(xué)術(shù)期刊PNAS上在線發(fā)表了題為“Structural insights into the sequence-specific recognition of Piwi by Drosophila Papi”的論文，該研究揭示了果蠅piRNA通路Papi蛋白序列特異性識別Piwi蛋白并參與piRNA 3’端修剪的分子機(jī)制。

 

        piRNA是一類長度約為24-30 nt的小RNA，在機(jī)體中起到保護(hù)宿主細(xì)胞基因組完整性的功能。成熟piRNA生成和加工過程包括前體生成、中間產(chǎn)物加工以及piRNA 3’端修剪和甲基化修飾，最終形成成熟piRNA。piRNA 3’端的加工需要Papi (Tdrkh) 蛋白的參與。之前認(rèn)為Papi蛋白作為支架蛋白能夠一方面通過其eTudor (eTud) 結(jié)構(gòu)域識別Piwi蛋白N端 (G/A)R重復(fù)序列中的精氨酸對稱雙甲基化修飾(sDMA修飾) 從而招募Piwi蛋白，另一方面招募piRNA 3’端Trimmer從而形成piRNA 3’端修剪復(fù)合物。但是Papi通過eTudor結(jié)構(gòu)域識別Piwi N端的模型缺少結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。過去的研究中還發(fā)現(xiàn)，果蠅中敲除Papi蛋白時(shí)能夠特異性影響Piwi蛋白結(jié)合piRNA的長度，而Ago3和Aub蛋白結(jié)合的piRNA長度卻不受影響。然而對于Papi蛋白敲除特異性影響Piwi蛋白結(jié)合piRNA長度這一現(xiàn)象缺少分子機(jī)制的解釋。

 

        在本項(xiàng)工作中，研究人員首先精確確定了果蠅Papi蛋白通過其eTud結(jié)構(gòu)域和Piwi蛋白N端相互作用的區(qū)段，并對Papi-eTud單體結(jié)構(gòu)、其與Piwi-Ν-R10me2s多肽(第10位精氨酸sDMA修飾)復(fù)合物以及其與未甲基化Piwi-N多肽復(fù)合物分別進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)解析。結(jié)構(gòu)揭示了Papi-eTud通過與Piwi N端的“RGRRR”motif進(jìn)行相互作用，這一motif不同與之前報(bào)道其他PIWI蛋白中的(G/A)R重復(fù)序列，特異存在于果蠅Piwi蛋白中，并在不同亞種屬的果蠅Piwi蛋白中保守存在；該motif的序列特異性同時(shí)也決定了Papi-Piwi蛋白相互作用的特異性。同時(shí)果蠅體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，破壞Papi蛋白中與Piwi相互作用重要氨基酸殘基時(shí)導(dǎo)致果蠅生殖缺陷和轉(zhuǎn)座子去抑制。研究人員通過結(jié)構(gòu)生物學(xué)，結(jié)合co-IP、質(zhì)譜等體外生化實(shí)驗(yàn)及果蠅體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，證明了果蠅體內(nèi)Papi和Piwi相互作用的特異性，為解釋Papi如何招募Piwi從而參與piRNA 3’修剪過程并特異性影響Piwi結(jié)合piRNA長度的現(xiàn)象提供了分子機(jī)制，同時(shí)也擴(kuò)展了人們對于Tudor結(jié)構(gòu)域底物序列特點(diǎn)和結(jié)合方式的認(rèn)識。

 

        張玉涵是本文的第一作者。該工作得到中科院生化與細(xì)胞所吳立剛研究員、中科院生物物理所俞洋研究員和復(fù)旦大學(xué)麻錦彪教授的大力支持。同時(shí)感謝生化與細(xì)胞所果蠅資源與技術(shù)平臺(tái)、規(guī)?；鞍踪|(zhì)制備系統(tǒng)和質(zhì)譜分析系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過程中提供的幫助。感謝國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究設(shè)施（上海）線站工作人員在晶體衍射數(shù)據(jù)收集中給予的支持與幫助。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和中科院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放研究項(xiàng)目的支持。