铁硫蛋白家族结构和进化研究获进展

早年毕业于浙江大学的叶克穷研究员2000年博士毕业，2005年加入北京生科所，在蛋白质和核糖核酸之间的相互作用研究方面获得了颇多成果，2011年接连在Nature，JBC杂志上发表重要成果，近期又在PLoS ONE杂志上报道了一种新型铁硫蛋白家族的结构和进化的新发现。在这篇题为“Structure and Molecular Evolution of CDGSH Iron-Sulfur Domains”的文章中，研究人员报道了三个分别属于三型、四型和六型CISD的高分辨率晶体结构。这些结构揭示了CISD家族不同类型成员的折叠特征。文章第一作者是林金钟博士和研究生张丽漫，其他研究人员包括赖少梅等。 CISD（CDGSH iron-sulfur domain）是最近发现的一类新型铁硫簇结合结构域，在细菌、古细菌和真核生物有较广泛的分布。人类含有的三个CISD蛋白都和线粒体的功能有关。叶克穷实验室以前的工作发现CISD可以分成七类，并解析了一型蛋白mitoNEET的晶体结构。mitoNEET的结构显示了以三个半胱氨酸和一个组氨酸残基为骨架的全新的二铁二硫簇结合模式。但迄今为止其它类型CISD的结构还没有得到解析。在这篇文章中，研究人员报道了三个分别属于三型、四型和六型CISD的高分辨率晶体结构。这些结构揭示了CISD家族不同类型成员的折叠特征。已知的四个CISD通过分子间二聚化或分子内折叠形成含有两个铁硫结合模块和一个β三明治的相似结构，但是在不同类型的结构中，β三明治的折叠方式以及两个铁硫结合模块之间结合方式和相对位置有所区别。作者还通过序列分析预测了其它类型CISD的折叠方式，提出七类CISD在进化上有共同的祖先，并分化为三种主要的折叠类型。今年早期，叶克穷研究组在Nature杂志上发表文章，解析了C/D RNA蛋白质复合物催化RNA核糖甲基化的结构机理。 C/D RNA是普遍存在于真核生物和古细菌的一类古老的非编码RNA，它们主要介导核糖体RNA和剪切体RNA大量特定位点上的核糖甲基化修饰，同时参与真核生物核糖体的装配。在古细菌中，C/D RNA和甲基转移酶fibrillarin，RNA结合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成复合物。C/D RNA能和修饰位点两边的碱基序列互补配对，而实现对底物的特异性选择。虽然对这个复合物的结构已经有较多研究，但二个基本问题仍然没有解决。首先C/D RNA是如何和蛋白质组装形成复合物的？其中经典的模型认为一条C/D RNA和两套蛋白结合形成所谓的“单体”结构，但是最近的研究认为两条C/D RNA和四套蛋白结合形成 “交叉双体”结构。第二个问题是C/D RNA如何指导甲基转移酶选择特定的修饰位点？这一论文报道了一个加载了底物的完整C/D RNA蛋白质复合物的3.15埃晶体结构。其中晶体X光衍射数据在上海光源生物大分子晶体学线站BL17U搜集。该结构首次显示了这个复杂分子机器的整体组装方式，为“单体”模型提供了直接的证据。这个结构还清楚的显示了底物RNA的结合方式和催化亚基选择特定修饰位点的方式。作者还发现，为了形成催化所需的活性状态，底物的加载诱发了复合物内部结构发生广泛的变化。（来源：生物通万纹）