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科学家在果蝇生殖发育关键蛋白质与RNA相互作用研究取得进展

2015年8月31日中国科学院生物物理研究所许瑞明研究组与美国纽约大学Skirball研究所Ruth Lehmann课题组合作在美国科学院院报(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发表了题为“Structural of Drosophila Oskar reveals a novel RNA binding protein”,从结构和功能两方面揭示了Oskar蛋白质的性质,包括二聚化的N端winged-helix结构域和可与RNA结合的C端类水解酶结构域。

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研究人员同时发现Oskar蛋白通过结合在相关mRNA的3’-UTR区域调节其翻译和定位的机制。这些发现对理解Oskar在果蝇生殖细胞生成中的功能具有重要意义。


oskarmRNA在滋养细胞中转录,并通过微管等细胞骨架运输到卵母细胞的后极。新转录的mRNA通常不翻译成蛋白质,原因之一是其3’-UTR部位会结合抑制因子形成无活性的RNP,只有输运到卵母细胞的后极通过激活因子的结合才起始翻译过程。Oskar蛋白在后极合成后,可进一步招募其它蛋白质和RNA,如Vasa, Tudor, Aubergine蛋白以及nanosmRNA等共同完成果蝇生殖质的组装和腹部发育。若人为地将oskarmRNA 移植到卵母细胞的前极,可诱导生殖细胞在前极产生。


关于Oskar mRNA的功能和定位机制的研究已有较多积累,但有关Oskar蛋白质的性质、及其在果蝇生殖细胞生成中的作用机制还不为人知。许瑞明研究组开展了Oskar蛋白质的结构与功能研究,分别解析了Oskar蛋白的N端(Osk-N)和C端(Osk-C)的晶体结构。结构分析与生化实验结果显示,Osk-C折叠为一个类似水解酶的结构,但是其预测的活性中心缺乏关键的催化残基,没有催化活性。


更有意思的是,研究发现Osk-C具有体外结合RNA的能力,可结合oskar自身和nanos的mRNA3’-UTR区域(图C),这是第一次报道含有类似水解酶结构域的蛋白能与核酸结合。进一步又通过定点突变实验确定了Osk-C表面结合RNA的关键部位(图D)。而预测含有RNA结合结构域的Osk-N虽然折叠成经典的winged-helix核酸结合结构域,但体外未检测到其RNA结合活性。


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