鐵硫蛋白家族結構和進化研究獲進展

　　早年畢業于浙江大學的葉克窮研究員2000年博士畢業，2005年加入北京生科所，在蛋白質和核糖核酸之間的相互作用研究方面獲得了頗多成果，2011年接連在Nature，JBC雜志上發表重要成果，近期又在PLoS ONE雜志上報道了一種新型鐵硫蛋白家族的結構和進化的新發現。

　　在這篇題為“Structure and Molecular Evolution of CDGSH Iron-Sulfur Domains”的文章中，研究人員報道了三個分別屬于三型、四型和六型CISD的高分辨率晶體結構。這些結構揭示了CISD家族不同類型成員的折疊特征。文章第一作者是林金鐘博士和研究生張麗漫，其他研究人員包括賴少梅等。

　　CISD(CDGSH iron-sulfur domain)是最近發現的一類新型鐵硫簇結合結構域，在細菌、古細菌和真核生物有較廣泛的分布。人類含有的三個CISD蛋白都和線粒體的功能有關。

　　葉克窮實驗室以前的工作發現CISD可以分成七類，并解析了一型蛋白mitoNEET的晶體結構。mitoNEET的結構顯示了以三個半胱氨酸和一個組氨酸殘基為骨架的全新的二鐵二硫簇結合模式。但迄今為止其它類型CISD的結構還沒有得到解析。

　　在這篇文章中，研究人員報道了三個分別屬于三型、四型和六型CISD的高分辨率晶體結構。這些結構揭示了CISD家族不同類型成員的折疊特征。已知的四個CISD通過分子間二聚化或分子內折疊形成含有兩個鐵硫結合模塊和一個β三明治的相似結構，但是在不同類型的結構中，β三明治的折疊方式以及兩個鐵硫結合模塊之間結合方式和相對位置有所區別。作者還通過序列分析預測了其它類型CISD的折疊方式，提出七類CISD在進化上有共同的祖先，并分化為三種主要的折疊類型。

　　今年早期，葉克窮研究組在Nature雜志上發表文章，解析了C/D RNA蛋白質復合物催化RNA核糖甲基化的結構機理。

　　C/D RNA是普遍存在于真核生物和古細菌的一類古老的非編碼RNA，它們主要介導核糖體RNA和剪切體RNA大量特定位點上的核糖甲基化修飾，同時參與真核生物核糖體的裝配。在古細菌中，C/D RNA和甲基轉移酶fibrillarin，RNA結合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成復合物。C/D RNA能和修飾位點兩邊的堿基序列互補配對，而實現對底物的特異性選擇。雖然對這個復合物的結構已經有較多研究，但二個基本問題仍然沒有解決。首先C/D RNA是如何和蛋白質組裝形成復合物的?其中經典的模型認為一條C/D RNA和兩套蛋白結合形成所謂的“單體”結構，但是最近的研究認為兩條C/D RNA和四套蛋白結合形成 “交叉雙體”結構。第二個問題是C/D RNA如何指導甲基轉移酶選擇特定的修飾位點?

　　這一論文報道了一個加載了底物的完整C/D RNA蛋白質復合物的3.15埃晶體結構。其中晶體X光衍射數據在上海光源生物大分子晶體學線站BL17U搜集。該結構首次顯示了這個復雜分子機器的整體組裝方式，為“單體”模型提供了直接的證據。這個結構還清楚的顯示了底物RNA的結合方式和催化亞基選擇特定修飾位點的方式。作者還發現，為了形成催化所需的活性狀態，底物的加載誘發了復合物內部結構發生廣泛的變化。