香港科技大学(HKUST)研究团队在RNA沉默分子机制研究方面取得进展,阐明人类酶DICER如何对微小RNA(miRNA)实现高精度加工。研究指出,DICER在切割前会发生构象调整,并依赖5′端结合口袋对RNA底物进行精确对齐,从而在单核苷酸分辨率上确定切割位置。
该研究由香港科技大学生命科学部副教授阮俊英(Tuan Anh Nguyen)领导,博士生吴明科(Minh Khoa Ngo)与黎公竹(Cong Truc Le)参与完成,论文已发表于《自然》(Nature),题为《DICER切割的准确性由5′端结合口袋决定》(DICER cleavage fidelity is governed by 5′-end binding pockets)。

研究团队介绍,遗传信息由基因组DNA编码,并通过信使RNA的转录传递与执行。RNA通常为单链,由核糖核苷酸A、U、G、C组成,在蛋白质合成、基因调控以及部分病毒遗传物质等过程中发挥作用。
在RNA介导的调控体系中,DICER被视为关键的加工酶,可将双链RNA前体切割为短的调控RNA,并进一步装载进入RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC),从而帮助细胞识别并抑制不需要或异常的遗传信息。围绕DICER如何实现高保真切割,多年来一直是相关领域关注的问题。

为解析其精度来源,港科大团队结合生化与结构生物学方法,并使用高分辨率冷冻电子显微镜(cryo-EM)在原子层面观察DICER与RNA底物的结合状态。论文第一作者吴明科表示,冷冻电镜结构“快照”显示了DICER在处理不同RNA序列时的动态调整,有助于理解其功能实现方式。
研究发现,在切割发生前,DICER会通过构象变化引导RNA底物进入合适位置;随后,酶依靠特定结构元素,尤其是5′端结合口袋中的氨基酸残基,对RNA进行精确对齐,并进入“切割准备”构象。

阮俊英表示,研究不仅确认了此前已知的、对尿嘧啶(U)具有偏好的5′端结合口袋,还识别出一个新的、对鸟嘌呤(G)具有偏好的5′端结合口袋。研究团队提出,这一“双口袋”机制共同决定切割位置,为理解DICER如何适应并处理多样RNA底物提供了新的框架。
研究团队指出,上述机制性发现除基础生物学意义外,也为进一步理解DICER相关遗传疾病的分子起源,以及改进基于RNA的治疗与基因沉默技术提供了参考线索。