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研究揭示鋅指抗病毒蛋白ZAP識(shí)別RNA的分子機(jī)制

作者:宋檢 時(shí)間:2022-12-13 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

2020年1月7日,CellReports雜志在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所高璞課題組與高光俠課題組合作的研究論文“MolecularMechanismofRNARecognitionbyZinc-fingerAntiviralprotein”。該研究工作解析了鋅指抗病毒蛋白ZAPN端抗病毒主要功能域與富含CG二核苷酸的單鏈RNA復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu),揭示了鋅指抗病毒蛋白ZAP識(shí)別單鏈RNA中CG二核苷酸、單獨(dú)鳥嘌呤核苷酸以及單獨(dú)胞嘧啶核苷酸的分子基礎(chǔ)。

鋅指抗病毒蛋白ZAP*早由高光俠于2002年報(bào)道,是對(duì)于小鼠白血病病毒的復(fù)制具有抑制作用的一種宿主因子。隨后的研究發(fā)現(xiàn)ZAP特異性抑制多種疾病相關(guān)病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制,包括艾滋病病毒、埃博拉病毒等。ZAP特異結(jié)合病毒的靶RNA序列,干擾靶mRNA的翻譯起始。隨后ZAP招募細(xì)胞內(nèi)一系列RNA降解機(jī)器,包括脫polyA酶PARN、脫帽酶Dcp2、RNA解旋酶p72、核酸外切酶復(fù)合體Exosome等降解病毒mRNA。ZAP發(fā)揮其抗病毒功能的結(jié)構(gòu)域主要是N端的200多個(gè)氨基酸,其晶體結(jié)構(gòu)在2012年時(shí)已經(jīng)被解析,是一種含有四個(gè)CCCH類型鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白分子。然而,ZAP識(shí)別RNA的序列特征卻一直不清楚。根據(jù)2017年的一篇Nature文章報(bào)道,ZAP能夠特異性識(shí)別富含CG的RNA序列。那么ZAP是如何識(shí)別CG二核苷酸?除CG二核苷酸之外,ZAP是否還能結(jié)合其他的RNA元件呢?再有,ZAP的主要抗病毒功能域僅有200多個(gè)氨基酸,是如何協(xié)調(diào)多個(gè)下游蛋白發(fā)揮抗病毒作用的?為回答這些科學(xué)問(wèn)題,研究人員開(kāi)展了大量的ZAP與RNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)的研究。

**,研究人員對(duì)不同ZAP蛋白的截短體和不同序列、不同長(zhǎng)度富含CG二核苷酸的單鏈RNA復(fù)合物進(jìn)行了大量的晶體篩選,*終得到了分辨率為2.19埃的ZAP蛋白N端結(jié)構(gòu)域(NZAP)與6-nt(CGUCGU)單鏈RNA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。在復(fù)合物結(jié)構(gòu)中G2-U6五個(gè)核苷酸來(lái)自一條RNA鏈結(jié)合在一個(gè)NZAP分子上,C1胞嘧啶核苷酸結(jié)合在NZAP對(duì)稱分子的一個(gè)結(jié)合口袋中。與單獨(dú)蛋白NZAP結(jié)構(gòu)相比,NZAP與RNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)仍是采取“tractor-like”的構(gòu)象。通過(guò)將復(fù)合物結(jié)構(gòu)和單獨(dú)蛋白結(jié)構(gòu)疊加發(fā)現(xiàn),結(jié)合RNA的四個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)的構(gòu)象都發(fā)生了大的變化。NZAP與RNA間的相互作用主要是與RNA上核苷酸堿基間的相互作用,而非磷酸核糖骨架,并且這些堿基都是插入到NZAP一些帶正電荷的氨基酸形成的結(jié)合口袋中,這個(gè)特點(diǎn)也決定了NZAP只能結(jié)合單鏈RNA,而不能與**結(jié)構(gòu)的RNA形成相互作用。其中C4G5二核苷酸主要結(jié)合在ZAP蛋白的第二個(gè)鋅指區(qū)域處,C1主要結(jié)合在第三和第四個(gè)鋅指區(qū)域之間,G2主要結(jié)合在第三個(gè)鋅指區(qū)域處,并且這三個(gè)區(qū)域結(jié)合的核苷酸都是特異性的。

基于該結(jié)構(gòu),研究人員通過(guò)ZAP蛋白與不同序列單鏈RNA的ITC結(jié)合實(shí)驗(yàn),篩選到優(yōu)選的ZAP結(jié)合RNAmotif,即C(n7)G(n)CG,并通過(guò)抗病毒實(shí)驗(yàn)確證了該motif的重要性。隨后,研究人員在ZAP蛋白上構(gòu)建了一系列突變,并通過(guò)EMSA和抗病毒功能分析,確證了ZAP上的這些位點(diǎn)對(duì)RNA結(jié)合和抗病毒功能的重要性。

同時(shí)研究者還發(fā)現(xiàn),如果RNA上存在多個(gè)ZAP-bindingmotif,RNA可同時(shí)結(jié)合多個(gè)ZAP分子。由此可以推測(cè),多個(gè)ZAP分子結(jié)合在同一條mRNA上,分別招募下游的不同細(xì)胞因子,協(xié)同發(fā)揮RNA降解功能。

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