科研进展

同济大学丁德强研究员与美国密歇根州立大学Chen Chen教授联合在《Nucleic Acids Research》发表论文发现一种新的识别RNA G-rich序列的保守结构域

发布时间:2020-08-14  

  近日,同济大学丁德强研究员课题组联合美国密歇根州立大学Chen Chen教授课题组在《Nucleic Acids Research》杂志在线发表了题为“LOTUS domain is a novel class of G-rich and G-quadruplex RNA binding domain”的研究论文。该论文揭示了LOTUS结构域是一种保守的RNA结合结构域,特异性地识别富含鸟嘌呤核苷酸(G-rich)的RNA序列以及G-四链体(G-quadruplex)结构。

        LOTUS结构域广泛存在于细菌、真菌、植物以及动物中。不同物种的LOTUS结构域在结构上高度保守:一个LOTUS结构域由大约80个氨基酸构成,形成含有三个α螺旋和两个β折叠的致密结构。大多数含有LOTUS结构域的蛋白与生殖细胞发育有关。哺乳动物体内含有三个LOTUS结构域蛋白:TDRD5TDRD7MARF1。其中,TDRD5TDRD7含有三个串联的LOTUS结构域,是精子发生所必需的;MARF1含有八个串联的LOTUS结构域,是卵子发生所必需的。多年来,LOTUS结构域的功能一直未知。近年来有研究显示,一小部分进化上较新的LOTUS结构域具有结合蛋白的能力,但LOTUS结构域更广泛的功能仍然有待进一步研究。


1. LOTUS结构域具有保守的高级结构,特异性结合G-rich RNA

   已知TDRD5是一个RNA结合蛋白,特异性结合piRNA前体RNA,在雄性生殖细胞内参与piRNA生成。在本项工作中,研究人员推测LOTUS结构域可能具有RNA结合活性。研究人员分析发现TDRD5在生殖细胞内倾向于结合G含量较高的RNA序列。进一步发现TDRD5中的三个LOTUS结构域中的两个(L1L2)选择性结合G-rich RNA序列,而不与G含量低或不含GRNA序列相互作用。为了研究LOTUS结构域与G-rich RNA的结合是否保守,研究人员检测了来自细菌、植物、果蝇、小鼠以及人类的多个LOTUS结构域,结果显示不同物种、不同蛋白的LOTUS结构域具有相似的RNA结合能力,说明与G-rich RNA的结合是LOTUS结构域更为广泛和保守的功能。G-四链体是由富含鸟嘌呤的DNARNA序列形成的一种复杂的高级结构,具有很高的热力学稳定性。RNA G-四链体参与调控多种RNA代谢过程,与多种疾病的发生存在关联。在本项研究中,研究人员发现G-rich RNA形成G-四链体后,与LOTUS结构域结合能力显著增强,证明LOTUS结构域既能识别RNA序列,也能识别RNA的高级结构。另外,LOTUS选择性结合RNA形成的G-四链体结构,与DNA形成的G-四链体结构结合很弱或不存在相互作用。这些研究成果一方面解释了TDRD5参与piRNA生成以及精子发生的分子机制,同时为研究其他LOTUS结构域蛋白的功能提供了重要的参考和提示。

  同济大学生命科学与技术学院丁德强研究员为本文的第一作者兼共同通讯作者,美国密歇根州立大学Chen Chen教授为论文共同通讯作者。该工作同时得到了美国密歇根州立大学Jian Hu教授课题组、加拿大多伦多大学Jinrong Min教授课题组以及中国科学技术大学许超教授课题组的参与和支持。该研究得到中央高校基本科研业务费专项资金资助(22120200057)。

  文章链接:https://doi.org/10.1093/nar/gkaa652


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