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科学研究

生物医学研究院Alastair Murchie-陈东戎课题组在《自然·催化》报道首个“SAM 依赖的甲基转移酶核酶”

  时间:2021-10-25   来源:生物医学研究院   点击:322
 

       RNA的甲基化具有多种生物学功能,在生物体内参与重要生命过程的核糖体RNA和转运RNA都是高度甲基化;信使RNA(mRNA)的帽子结构的鸟嘌呤有N-7甲基;近年的研究发现:mRNA的内部的碱基的甲基化参与多种生物学功能的调控,这些研究已逐渐演化成一个全新的学科称为 表观转录组学”(Epitranscriptome)。目前研究中在生物体内催化RNA甲基化的都是蛋白质,它们利用体内普遍存在的硫腺苷甲硫氨酸(SAM) 作为甲基供体,催化RNA甲基化。

      核酶是具有催化功能的RNA,在生物体内存在天然核酶催化多种关键反应,包括核糖体催化的蛋白质肽键的形成,以及I-类、II-类内含子的自我剪切反应等。运用人工筛选SELEX技术,人们发现了RNA能够在体外催化多种化学反应。最近德国和奥地利科学家相继发现了以m6G以及m6PreQ1作为甲基供体的核酶,然而这二者都非生物体内天然的甲基供体。

      20211020日,《自然》杂志旗下子刊《自然·催化》(Nature Catalysis报道了复旦大学生物医学研究院Alastair Murchie-陈东戎课题组与复旦大学生命科学院甘建华课题组合作的题为《SAM 依赖的天然甲基转移酶核酶的鉴定》(“The identification and characterization of a selected SAM-dependent methyltransferase ribozyme that is present in natural sequences”)研究成果,报道了首个生物体内内的SAM 依赖甲基转移酶核酶RNA作为工具在表观转录层面调控生命过程提供了一个新的思路。


Alastair Murchie-陈东戎课题组运用人工筛选SELEX技术筛选到了以SAM作为甲基供体的核酶,它可以催化特定序列的鸟嘌呤的7-N原子发生甲基化。该课题组和生命科学院甘建华课题组合作,通过X-射线晶体衍射技术,解析了该核酶的结构。该结构总体呈现一个发夹形状,局部具有两个假三联体结构的堆叠,在SAM加入后,该假三联体中其中一个腺嘌呤从结构中翻转出去,可以容纳SAM的腺嘌呤结构形成堆叠。另外一面,通过生物信息学的搜索,发现生物体内含有多个与这个核酶类似的序列,其中一些序列在体外具有活性,这些核酶序列在生物体内的生物学功能还待进一步的研究。


该研究成果扩展了RNA作为催化剂的催化谱,演示了核酶参与体内RNA甲基化以及其调控生命过程的可能性,为RNA作为工具在表观转录层面调控生命过程提供了一个新的思路:以核酶精细调控RNA或者DNA的甲基化来进行基因表达的调控。

该研究主要由生物医学研究院助理研究员蒋恒义、生命科学研究博士后高延清共同完成,张磊负责质谱检测实验,Alastair Murchie、陈东戎、甘建华为共同通讯作者。生物医学研究院周新文、张成为本研究提供质谱方面帮助,上海交通大学张薇指导下完成DSC实验,上海光源提供了X-射线衍射设施。

 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41929-021-00685-z#citeas

 
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