C／DRNA蛋白質復合物催化RNA核糖甲基化的結構機理

上海光源用戶研究發現C/D RNA蛋白質復合物催化RNA核糖甲基化的結構機理

　　1月27日，北京生命科學研究所葉克窮實驗室在《自然》雜志發表了題為Structural basis for site-specific ribose methylation by box C/D RNA protein complexes的論文。該論文研究了C/D RNA蛋白質復合物催化RNA核糖甲基化的結構機理，是利用上海光源生物大分子晶體學線站取得的又一重要成果。

　　C/D RNA是普遍存在于真核生物和古細菌的一類古老的非編碼RNA，它們主要介導核糖體RNA和剪切體RNA大量特定位點上的核糖甲基化修飾，同時參與真核生物核糖體的裝配。在古細菌中，C/D RNA和甲基轉移酶fibrillarin，RNA結合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成復合物。C/D RNA能和修飾位點兩邊的堿基序列互補配對，而實現對底物的特異性選擇。雖然對這個復合物的結構已經有較多研究，但二個基本問題仍然沒有解決。首先C/D RNA是如何和蛋白質組裝形成復合物的？其中經典的模型認為一條C/D RNA和兩套蛋白結合形成所謂的“單體”結構，但是最近的研究認為兩條C/D RNA和四套蛋白結合形成“交叉雙體”結構。第二個問題是C/D RNA如何指導甲基轉移酶選擇特定的修飾位點？

　　利用在上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U）采集的晶體X光衍射數據，葉克窮實驗室解析一個加載了底物的完整C/D RNA蛋白質復合物的3.15埃晶體結構。該結構首次顯示了這個復雜分子機器的整體組裝方式，為“單體”模型提供了直接的證據。這個結構還清楚地顯示了底物RNA的結合方式和催化亞基選擇特定修飾位點的方式。作者還發現，為了形成催化所需的活性狀態，底物的加載誘發了復合物內部結構發生廣泛的變化。

　　葉克窮實驗室對C/D復合物結構已經進行了多年的研究，在上海光源運行之前他們曾到國外同步輻射光源上收數據，但一直面臨出國做實驗申請周期長、機動性差和路途遙遠等諸多不便。上海光源生物大分子晶體學光束線站提供的高亮度穩定的X光為國內結構生物學家在競爭激烈的研究領域開展工作提供了極大的便利條件和保障。

　　他們從上海光源2009年5月運行伊始就利用BL17U收集數據，由于C/D復合物晶體的衍射能力很弱，只有在高亮度的同步輻射X光照射下才能達到衍射極限。在一年左右時間內，他們獲得了多種晶體，有了上海光源使得他們可以及時檢查各種晶體的質量，確定下一步的優化方向。2010年5月，他們獲得一種新型的底物結合復合物晶體，通過上海光源工作人員的協調及時安排了實驗，并獲得3.15埃分辨率的衍射數據，使結構得以順利解析。

　　葉克窮實驗室之前還詳細研究了另一類催化假尿嘧啶形成的H/ACA RNA蛋白質復合物的結構。隨著C/D RNA蛋白質復合物結構的解析，對生物體內兩大類參與RNA修飾的復合物的工作原理均得到了原子水平的認識。

C/D RNA蛋白質復合物結構圖