2023年第3篇！西湖大学施一公团队揭秘三种RNA解旋酶作用机制，并提供癌症突变机制新见解

2月17日，西湖大学施一公及张晓峰团队在《Nature Communications》发表题为“Mechanisms of the RNA helicases DDX42 and DDX46 in human U2 snRNP assembly”的研究论文，研究揭示了人U2 snRNP 组装中RNA解旋酶DDX42和DDX46的作用机制。

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36489-x

研究背景

Pre-mRNA的剪接由称为剪接体的异常动态的RNA-蛋白质复合物执行。剪接体由五个小的核糖核蛋白颗粒（snRNPs）组装而成，称为U1、U2、U4、U5和U6，以及非snRNP因子。每个snRNP是由一个单独的小核RNA (snRNA)， 7个常见的Sm蛋白(或在U6的情况下是LSm)和一些特定的蛋白质因子构建的。在5个snRNPs中，U2 snRNPs在内含子识别和折叠前体组装过程中起着重要作用。

人类的U2 snRNP尤其复杂和动态；它的组装是一个多步骤且人们知之甚少的过程。17S U2被认为是直接参与早期剪接体组装的人类U2 snRNP的功能形式。17S U2 snRNP的核心成分包括SF3b复合物、SF3a复合物、12S U2核心、剪接因子TAT-SF1和DDX46。体外实验表明，SF3b与12S U2核依次组装，形成一种称为15S粒子的中间产物，然后是SF3a复合物。然而，对编排这一装配过程的蛋白质因子知之甚少。

值得注意的是，研究发现三种RNA依赖性ATP酶：DDX42，DDX46和DHX15与U2 snRNP相关。前两个是DEAD-box解旋酶家族的成员，而DHX15属于DEAH-box亚科。DDX42与SF3b 复合物共纯化，但在17S U2 snRNP 中几乎检测不到。因此，具有RNA伴侣活性的DDX4220，很可能在履行其在U2 snRNP 组装中的作用后发布。与DDX42相比，DDX46（酵母Prp5同系物）是17S U2的组成部分，在预剪接体组装和分支位点校对过程中起着至关重要的作用，但DDX46是否在U2 snRNP组装中具有其他作用尚不清楚。此外，DHX15（酵母Prp43直系同源物）在内含子-拉里亚特剪接体（ILS）复合物拆解中的机制已被广泛研究，其在U2 snRNP和早期剪接复合体中的作用仍然是神秘的。

研究进展

在DDX42-U2复合物中，DDX42的N端仍然锚定在SF3B1上，但解旋酶结构域已被U2 snRNA和TAT-SF1取代。通过体外实验，研究发现DDX42和DDX46在与SF3b的结合方面是互斥的。SF3B1的癌症驱动突变靶向RNA路径中直接与DDX42和DDX46相互作用的残基。这些发现揭示了DDX42和DDX46在17S U2 snRNP组装中的不同作用，并为SF3B1癌症突变的机制提供了见解。

A、17SU2snRNP形成的工作模型图。在默认状态下，SF3B1核心与DDX42形成稳定的复合物，其中SF3B1的RNA路径被DDX42的N-plug占据。在步骤1中，DDX42与来自12SU2核心的U2 snRNA结合，并可能驱动其构象变化以形成BSL。在此过程中，SF3a复合物TAT-SF1被募集到复合物中，导致DDX42解旋酶结构域的位移和DDX42-U2复合物的形成。DDX1-U42中TAT-SF2的UHM结构域相对移动，因此表示为虚线圆圈。在步骤2中，DDX42解旋酶结构域的移动可能会破坏其N末端与SF3B1之间的相互作用;这可能促进DDX46从SF42B3中胜过DDX1，形成成熟的17SU2snRNP。TAT-SF1的UHM域，与DDX46交互，可能有助于稳定BSL的构象和DDX46的解旋酶结构域。B、 SF3B1中绝大多数癌症衍生突变聚集在其与DDX42和DDX46的界面上。

研究意义

总而言之，研究报道了DDX42-SF3b复合物的高分辨率结构和含有DDX42的17S U2 snRNP的假定组装中间体。同时，研究还分离出一种含有DHX15的U2 snRNP，但DHX15的位置没有被EM密度图识别出来。该研究结构揭示了SF3B1与DDX42、DDX46和pre-mRNA的多嘧啶束(PPT)相互作用的共同显著模式。结合结构引导的生化分析，该研究揭示了DDX42和DDX46在U2 snRNP组装中的作用，并为SF3B1癌症突变提供了见解。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36489-x

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。