感謝對創(chuàng)作者的支持資深感謝 朱奕奕
轉(zhuǎn)座子蕞早由美國遺傳學(xué)家Barbara McClintock在玉米基因組中發(fā)現(xiàn),它在高等生物基因組中廣泛存在。
感謝支持均由華夏科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心提供
轉(zhuǎn)座子能夠在宿主基因組中“復(fù)制和粘貼”自己得DNA,以達到其自我“繁殖”得目得,這一活動會對基因組得穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅,高等生物通過給轉(zhuǎn)座子DNA打上一個甲基得化學(xué)烙印,抑制轉(zhuǎn)座子得活動,從而維持基因組得穩(wěn)定性。
對此,植物演化出了一條RNA導(dǎo)向得DNA甲基化途徑(植物RdDM途徑)來完成DNA得甲基化工作。在該途徑中,兩種執(zhí)行不同功能得蛋白質(zhì)機器Pol IV和RDR2,它們協(xié)作生產(chǎn)一段雙鏈得向?qū)NA分子,隨后該向?qū)NA能夠幫助植物細胞精準(zhǔn)地給轉(zhuǎn)座子DNA加上甲基化烙印。雖然Pol IV和RDR2已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)多年,然而這兩種轉(zhuǎn)錄機器得內(nèi)部構(gòu)造和如何協(xié)同工作合成雙鏈RNA尚未闡明。
Pol IV-RDR2得復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)動圖
Pol IV是植物細胞核編碼得第四種RNA聚合酶,與真核生物得Pol I, Pol II和Pol III相比,其基因組轉(zhuǎn)錄區(qū)域、相互作用轉(zhuǎn)錄因子、工作方式、以及生理功能都有顯著區(qū)別。近30年來,Pol I, Pol II和Pol III得三維結(jié)構(gòu)陸續(xù)得到解析,然而Pol IV得三維結(jié)構(gòu)和工作方式仍然尚未得到解答。
研究人員正在工作
2021年12月24日,華夏科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張余研究團隊和王佳偉研究團隊以及浙江大學(xué)馮鈺團隊合作在《科學(xué)》以Research Article形式發(fā)表題為“Pol IV and RDR2: A two-RNA-polymerase machine that produces double-stranded RNA”得研究論文,該研究解析了Pol IV-RDR2蛋白復(fù)合物得三維結(jié)構(gòu),并提出了Pol IV-RDR2以雙鏈DNA為模板合成雙鏈RNA得獨特分子機制。
破解RNA聚合酶得工作機制難度何在?張余透露,一方面難在獲得高品質(zhì)得蛋白質(zhì)樣品,因為植物體內(nèi)有兩萬種蛋白質(zhì),而Pol IV得豐度極低,另一方面必須解析它得三維結(jié)構(gòu)。
張余為此煩惱不已,一次和研究員王佳偉食堂就餐中得討論,為解開這個難題帶來了轉(zhuǎn)機。通過跨學(xué)科合作,他們實現(xiàn)了方法創(chuàng)新,即“構(gòu)建植物懸浮細胞系純化蛋白”,在植物細胞基因組中穩(wěn)定整合Pol IV復(fù)合物其中一個亞基,該Pol IV亞基帶有蛋白純化標(biāo)簽,其能夠與其他亞基組裝成復(fù)合物,再通過大規(guī)模培養(yǎng)懸浮細胞,純化獲得Pol IV得蛋白樣品?!岸抑参锱囵B(yǎng)液相當(dāng)便宜,在研究成本投入上也具備可操作性?!蓖跫褌ネ嘎?。
通過這一方法創(chuàng)新,研究團隊獲得了高質(zhì)量得Pol IV-RDR2復(fù)合物蛋白樣品,并且解析了復(fù)合物得三維結(jié)構(gòu),該三維結(jié)構(gòu)顯示Pol IV和RDR2很像兩個分管不同RNA合成工作得獨立車間,它們很聰明地合并在一起,并在兩個原本獨立得車間之間建造了一個內(nèi)部通道。
Pol IV合成車間得工作是以雙鏈DNA為模板合成單鏈RNA,合成出得單鏈RNA產(chǎn)物就可以通過內(nèi)部通道直接傳送到RDR2得合成車間,從而RDR2能夠直接以單鏈RNA為模板,合成雙鏈RNA。
據(jù)此,研究人員提出蛋白質(zhì)機器Pol IV- RDR2復(fù)合物就像一個高效合成雙鏈RNA得工廠,以雙鏈DNA為模板,在蛋白機器內(nèi)部傳遞單鏈RNA中間產(chǎn)物,連續(xù)高效地合成雙鏈RNA。
該項研究成功解析了真核生物第四個RNA聚合酶得結(jié)構(gòu),報導(dǎo)了雙RNA聚合酶復(fù)合物得獨特構(gòu)造和協(xié)同工作機制,提出了轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)機器得新型工作模式。該研究成果是分子生物學(xué)和植物科學(xué)基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域得一項重要突進展。
感謝對創(chuàng)作者的支持:徐曉陽 支持感謝:蔣立冬
校對:欒夢