Molecular Cell|長RNA轉錄本修剪成microRNA的分子機制

莖環結構是什麼

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一組特殊的非編碼RNA （non-coding RNAs，ncRNAs）被稱為 microRNA （miRNA） ，其長度約為22個核苷酸（nt） ，在不同的生理過程中發揮著重要作用。miRNA 的異常表達與包括癌症在內的各種人類疾病的發展和進展有關。

某些miRNA甚至被認為是診斷的生物標誌物和藥物發現的靶點。

用於生成miRNA的RNA轉錄本具有一個長度約為65 nt的典型的莖環結構，而成為功能性miRNA的第一步是透過細胞核內一種名為微處理器的蛋白質複合物去除莖環區域之外的額外RNA片段。然而，關於第一次切割反應的詳細機制，包括微處理器如何識別pri-miRNA，以及微處理器如何在pri-miRNA的正確位點上切割，仍然知之甚少。

最近，

由中國科學院生物物理研究所的XU Ruiming博士和清華大學的WANG Hongwei博士領導的研究小組，確定了一個與 pri-miRNA 結合的微處理器的近原子解析度結構

。 這項研究，線上發表在《

Molecular Cell

》雜誌上，為上述機制問題提供了充分的答案。

微處理器複合體由Drosha和DGCR8組成，Drosha是RNA切割的催化亞基，DGCR8是一種對pri-miRNA結合很重要的RNA結合蛋白。研究人員利用昆蟲細胞產生的純化蛋白和體外轉錄的pri-miRNA重組微處理器複合物。用單粒子冷凍電子顯微鏡研究了重組的RNA-蛋白複合物或單獨的蛋白複合物，重建了生物大分子標本的三維結構。

他們發現Drosha在pri-miRNA識別和切割位點的鑑定中起著尤為重要的作用，這與之前的研究結果一致。他們確定了三個關鍵的 Drosha 結構域，它們可以協同識別 pri-miRNA、 PAZ 結構域、 MB 螺旋結構域和雙鏈 RNA 結合結構域（dsRBD）。

PAZ和MB螺旋一起識別pri-miR

NA的單到雙鏈連線區域，這種相互作用對於Drosha在正確的方向上結合pri-miRNA並在正確的位點上剪下pri-miRNA是至關重要的。同時，dsRBD與pri-miRNA的上莖區結合，穩定地將RNA莖定位於酶的催化中心進行裂解反應。Drosha的PAZ結構域在內部區域結合兩條RNA鏈，而不是目前已知的所有其他PAZ結構域的3‘端結合。

此外，他們還觀察到PAZ結構域在RNA結合前後發生了很大的構象變化，提示Drosha的RNA結合是一種自我調節的機制，這可能有助於從細胞核內豐富多樣的RNA中識別出特定的靶點。

這項研究解決了Drosha如何識別pri-miRNA並以正確的方式將其結合以允許準確切割pri-miRNA這一長期存在的問題。為miRNA的生物發生機制提供了基礎的認識。

在生物體中，儲存在DNA或基因中的遺傳資訊首先透過RNA聚合酶II轉錄成信使RNA，然後RNA轉錄本指導蛋白質的合成，蛋白質在生命過程中起著重要的作用。然而，並不是所有的RNA轉錄本都是用來製造蛋白質的，那些不編碼蛋白質合成的被稱為ncRNAs。

文獻來源:

Wenxing Jin et al。 Structural Basis for pri-miRNA Recognition by Drosha， Molecular Cell （2020）。

https：//www。sciencedirect。com/science/article/abs/pii/S1097276520301441？via%3Dihub

新聞報道來源：

https：//phys。org/news/2020-03-reveal-mechanism-trimming-longer-rna。html

作者：

Liu Jia， Chinese Academy of Sciences

譯

文校稿：LuLu

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