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“RNA剪刀”切割全过程首次揭示

来源:科技日报2025-01-17 10:00

  科技日报北京1月16日电 记者16日从西湖大学获悉,西湖大学生命科学学院、西湖实验室申恩志团队联合吴建平团队成功揭示了小鼠体内PIWI蛋白(MILI蛋白)与piRNA协作切割目标RNA(核糖核酸)的全过程。相关研究成果于北京时间1月15日24时在线发表于《自然》杂志。

  “在细胞的运作过程中,非编码小RNA起着至关重要的调控作用。其中,piRNA在动物生殖细胞发育和生成中扮演着关键角色。”申恩志介绍,piRNA如同“RNA剪刀”,与PIWI蛋白结合成复合物,专门识别并切割逆转录转座子的RNA,防止其在基因组内随意“跳跃”,从而保障基因组的稳定性。然而,此前这一“剪刀”的具体工作机制一直未知。

  申恩志团队早在2015年就开启了对piRNA的探索之旅。研究初期,他们面临的最大挑战是人工表达获得PIWI蛋白。PIWI蛋白通常来源于生殖细胞,获取难度大,且在表达过程中容易结合其他RNA片段,导致实验难以成功。历经多次失败,直到2021年,研究团队才终于成功获得具有切割能力和活性的PIWI蛋白,为后续研究奠定了坚实基础。

  RNA切割过程快速且动态,难以直接观察。为攻克这一难关,他们充分利用西湖大学在结构生物学方面的优势,联合吴建平团队制定了详细的研究策略。

  研究团队首先获取了PIWI-piRNA二元复合物,然后让其与不同长度的靶标RNA结合,通过分步观察的方式,深入研究复合物的结构变化。他们运用先进的技术手段,成功识别出PIWI蛋白开放、中间、关闭的3种过渡状态。这3种状态就如同一只手在抓取物体时,先张开(开放状态),然后逐渐握住目标(中间状态),最后完成切割(关闭状态)。同时,研究团队还成功鉴定出新的RNA切割催化中心关键位点。

  “我们的最终目标是,更好地理解小的调控型RNA的机制,以及它的生物学功能,并希望能够更好地将其转变成实际应用。”申恩志表示,鉴于核酸技术在新冠疫苗和核酸药物等领域的成功应用,该成果有望为开发基于RNA调控机制的创新疗法提供新思路。(记者刘园园)

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