RNA干擾是指由雙鏈RNA誘導(dǎo)的基因沉默現(xiàn)象，不僅在細(xì)胞發(fā)育和抗病毒免疫等生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用，而且被用作基因功能研究和疾病治療的遺傳工具。安德魯·法厄與克雷格·梅洛因發(fā)現(xiàn)RNA干擾現(xiàn)象而榮獲2006年諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
RNA干擾現(xiàn)象可在秀麗隱桿線蟲全身及其后代中傳播，被稱為系統(tǒng)性RNA干擾。隨后人們發(fā)現(xiàn)廣泛表達(dá)的跨膜蛋白SID-1可作為通道將細(xì)胞外的雙鏈RNA被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，是系統(tǒng)性RNA干擾所必需的。人類SIDT1是SID-1的同源蛋白，同樣可以促進(jìn)細(xì)胞對(duì)雙鏈RNA，包括小干擾RNA（siRNA）和微小RNA（microRNA）的攝取。然而，不論是SID-1介導(dǎo)的RNA干擾，還是SIDT1調(diào)控的雙鏈RNA攝取，分子機(jī)制仍然未知。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部周叢照教授和陳宇星教授課題組，利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了人類SIDT1結(jié)合磷脂酸的復(fù)合物以及突變體E555Q的三維結(jié)構(gòu)，整體分辨率分別為2.9 ?和2.4 ?。基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析和一系列生化分析，以及與姚雪彪教授課題組合作開展的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，作者發(fā)現(xiàn)SIDT1是一種跨膜磷脂酶，并揭示其利用磷脂酶活性調(diào)控核酸攝取的分子機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Human SIDT1 mediates dsRNA uptake via its phospholipase activity”為題于2023年11月06日在線發(fā)表在《Cell Research》上。
結(jié)構(gòu)分析顯示SIDT1呈現(xiàn)同源二聚體結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基包含兩個(gè)細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域（ECD1和ECD2）和一個(gè)由11股跨膜螺旋組成的跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）。結(jié)構(gòu)比對(duì)表明SIDT1屬于跨膜水解酶CREST超家族，但與該超家族的其他成員相比，卻以同源二聚體形式發(fā)揮作用，且具有相反的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。SIDT1每個(gè)亞基的TMD中存在額外的分支狀密度，可容納一個(gè)磷脂酸分子、一個(gè)Zn2+離子和一個(gè)水分子。進(jìn)一步的酶活實(shí)驗(yàn)和質(zhì)譜分析表明SIDT1可水解磷脂酰膽堿，是一種Zn2+依賴的跨膜磷脂酶。隨后，作者解析了SIDT1 E555Q突變體（酶活實(shí)驗(yàn)表明Glu555參與底物穩(wěn)定）的結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基的TMD外側(cè)都結(jié)合一個(gè)棕櫚酰油酰磷脂酰膽堿（POPC）分子，暗示了底物的側(cè)向進(jìn)入路徑。最后，一系列的熒光攝取實(shí)驗(yàn)表明SIDT1可能通過其磷脂酶活性介導(dǎo)細(xì)胞攝取雙鏈RNA、microRNA和雙鏈DNA。該研究不僅豐富了人們對(duì)CREST和磷脂酶超家族的理解，而且鑒定了跨膜磷脂酶的一個(gè)新分支以及一種基于膜磷脂修剪的核酸攝取途徑。此外，我們發(fā)現(xiàn)SID-1在人類中的另一同源蛋白SIDT2具有與SIDT1相當(dāng)?shù)牧字富钚浴?/span>
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)周叢照教授、特任副研究員李瓊、陳宇星教授和姚雪彪教授為該論文的共同通訊作者。在讀博士生孫彩榮、已畢業(yè)博士徐達(dá)和博士后楊豐瑞為該論文的共同第一作者。冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集工作在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)冷凍電鏡中心完成。該研究得到了中國科學(xué)院和合肥綜合性國家科學(xué)中心大健康研究院項(xiàng)目的資助。
圖：人類SIDT1的結(jié)構(gòu)及其依賴磷脂酶活性介導(dǎo)的雙鏈RNA攝取
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00889-x
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（生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、科研部）
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