科学家确定RNA质量控制中关键因素的结构

作者：张馨予

　　在生物学中，处理东西可能和制作它一样重要。不再需要的细胞、蛋白质或其他分子的积累可能会造成问题，因此生物已经进化出几种清洁房屋的方法。

　　一个主要的例子是RNA外在体。RNA分子在细胞中扮演着许多角色。其中一些被转化为蛋白质；另一些则形成细胞的蛋白质构建机制。RNA外切体是一种细胞机器，可以降解有缺陷、有害或不再需要的RNA分子。如果没有这个显微的Marie Kondo修剪不引发快乐的东西，我们的细胞将成为功能失调的囤积者，无法发挥作用。

　　斯隆凯特林研究所结构生物学项目主席克里斯托弗·利马解释说，RNA监测和降解途径存在于所有生命形式中。从细菌到人类，所有生物都有监测RNA质量并故意降解RNA的机制。

　　很长一段时间，博士利马说，这些路径被认为像家务一样，有点无聊。但事实证明，这些降解途径受到高度调节，控制着从胚胎发育到细胞周期进展的一切。

　　此外，这些途径中的错误可能导致多种疾病，从癌症到神经退化。

　　在2022年6月9日在Cell上发表的一篇新论文中，Dr.利马和M。利马实验室的博士后研究员Rhyan Puno提出了一些发现，这些发现有助于解释RNA外切体如何定位需要降解的RNA。在先进的成像技术低温电子显微镜（cryo-EM）的帮助下，科学家能够破译名为核外切体靶向（NEXT）复合物的蛋白质组件的结构，这是降解机制的关键部分。

　　博士说，我们知道NEXT瞄准并向外切体输送RNA，但在生化和结构上，我们不知道它是什么样子或如何工作。Puno说。

　　现在，通过低温EM，科学家获得了NEXT与RNA结合的第一张清晰图像。这些图片，以及随之而来的生化和生物实验，提供了如何将RNA分子移交给外切体销毁的提示。

　　离结构越来越近

　　几年前，博士Puno开始使用当时的X射线晶体学金标准方法研究NEXT的结构。在这种方法中，蛋白质首先被制成晶体，蛋白质都以相同的方式对齐。然后，X射线穿过晶体，可以解释击中探测器的X射线模式，以确定蛋白质的结构。

　　而博士Puno能够结晶NEXT蛋白，由此产生的X射线衍射图像不足以看到结构的细节。

　　他说，但随后出现了低温电磁革命。Cryo-EM帮助我们直观地了解这种蛋白质的样子，以及它如何结合其RNA底物。

　　在运动中可视化蛋白质

　　Cryo-EM的工作原理是捕获蛋白质冷冻但非结晶样品的许多不同图像，然后使用计算方法将它们对齐成最终的清晰图像。

　　这就像捕捉了一堆鸟儿在飞行的照片。利马说。“有各种令人困惑的动作，鸟的翅膀看起来模糊不清。但是，如果我们能在所有这些不同的图片中找到翅膀的部分，那么我们可以对齐图片，重建鸟的翅膀的样子，并确定它们是如何工作的。”

　　从低温EM图片中，科学家可以看到NEXT蛋白形成一个非常灵活的二聚体——这意味着NEXT蛋白的两个副本作为一个功能单元结合在一起。

　　“那真的，真的很令人费解，”博士。Puno说，并指出，这些类型的蛋白质以前还没有可视化过二聚体的形成。

　　他继续说，从我们进行的生化实验中，我们知道二聚化在某种程度上对降解很重要。但对我们来说，二聚体在引导RNA进入外体方面发挥什么作用仍然是一个谜。

　　为了帮助解开谜团，他们希望捕捉到在降解过程中不同步骤相互作用的下一个复合物，然后用低温电镜可视化这些构象。

　　RNA降解和疾病

　　涉及大量风险。RNA降解的重要性来自一长串由有缺陷或控制不力的疾病。也许最著名的例子是囊性纤维化。在这种情况下，编码穿梭离子穿过细胞膜的蛋白质的信使RNA被RNA衰变途径降解。因此，这种蛋白质不存在于肺部粘膜中，这导致那里的粘液堆积，并导致呼吸严重受损。

　　这是RNA质量控制的著名例子，结果不佳，博士。利马说。

　　但RNA降解途径的缺陷也在几种类型的癌症中发挥作用。事实上，MSK的基因测试平台MSK-IMPACT®测试的两个基因突变存在于与RNA外显微粒通路相关的基因中，包括NEXT中的蛋白质。

　　不仅信使RNA需要适当的质量控制，博士。利马解释道。

　　现实是，如果你有缺陷的RNA质量控制途径，你的核糖体不起作用，你的转移RNA不起作用，你的拼接体不起作用。名单没了。

　　RNA所起作用的广度解释了为什么有缺陷的RNA降解途径可以产生这种级联致病作用。

　　要理解这些影响，不仅需要更深入、更广泛地了解RNA外来体本身，还需要了解“上游”蛋白质，如NEXT，这些蛋白质有助于监视RNA并决定RNA何时有缺陷或不再需要。