生物通報道  來自斯克里普斯研究所的科學家們確定了一個在細胞活動中起關鍵性調控作用的人類蛋白質的三維原子結構。這一研究發現為科學家們理解RNA沉默（RNA-silencing）過程及利用它治療疾病鋪平了道路。相關研究論文發布在4月26日的《科學》（Science）雜志上。

“盡管RNA沉默為生物學家們所知也才只有10年左右的時間，然而很清楚的是其具有巨大的尚待發掘的新治療潛力，”文章的資深作者、斯克里普斯研究所助理教授Ian MacRae說。

在這篇文章中，研究人員將焦點放在一個稱為Argonaute2的蛋白上。這一蛋白可在基因RNA轉錄物翻譯為功能蛋白前將其攔截和沉默，從而能夠有效的沉默“基因”。

攔截和破壞信息

當編碼蛋白質的基因在細胞內處于活性狀態時，其信息會從DNA形式轉錄為信使RNA(mRNA)。如果一切順利，這些編碼的mRNA信號會通向細胞的蛋白質制造工廠，在那里用它作為模板合成新的蛋白質。RNA沉默，又稱RNA干擾(RNAi)，是一種攔截和破壞這些信息的過程——正因為如此，RNA沉默成為了細胞活性強有力和特異的調控因子，以及對抗病毒基因的強有力的防御者。

沉默的過程不僅需要Argonaute蛋白參與，還需要一段短的導向性RNA（guide RNA），稱為短干擾RNA（short-interfering RNA）或microRNA。這一導向性RNA插入到Argonaute的槽孔中，作為靶向識別裝置。就像VelcroTM的編碼條帶，導向性RNA鎖定在與自己序列互補的特異性mRNA靶標上，從而使Argonaute接觸到它的獵物。

Argonaute2并不是唯一一種人類Argonaute蛋白，不過似乎卻只有它能夠直接破壞靶向RNA�！叭绻麑�向性RNA與靶RNA完全互補，Argonaute2將會切斷mRNA，誘使這些片段降解，遺傳信息丟失，”文章的主要作者、MacRae實驗室研究生Nicole Schirle說。

瞄準致病基因或真實細胞自身過度活躍的導向性RNA，RNA沉默有可能成為一種強有力的治療武器。從理論上講，只需要注入靶向特異性導向性RNA，它們就會與細胞內的Argonaute蛋白連接到一起尋找和摧毀靶向RNAs�？茖W家們用相對容易靶向的細胞，例如眼睛中的細胞，已成功地做到了這一點。但是他們也發現很難開發出能夠從血流進入不同組織，并仍能發揮功能的導向性RNAs。

“你必須要修改導向性RNA，以某種方式讓它通過血液進入到細胞中，但是一旦你開始修改它，你就愛會破壞它與Argonaute的互作，”MacRae說。了解Argonaute的確切結構可使研究人員清除這一障礙，設計出更好的導向性RNA。

多點操控

過去的結構研究主要集中在來自細菌和其他低等生物體的Argonaute蛋白，它們與人類的相應蛋白有一些關鍵性的差異。Schirle構建出了相對較大和復雜的人類Argonaute2，并操作它形成了可供X射線晶體學分析的晶體——這是結構生物學在過去10年一直想達到的一項卓越的成果�！斑@是優秀和勤奮的結晶，”MacRae說。

研究小組分析了Argonaute2的結構發現它具有與細菌Argonaute蛋白相同的功能組件，除了排列略有不同。此外，Argonaute2的關鍵組件還有一些在細菌蛋白中未看到的額外的環（loops）和其他結構，也許在結合RNA中發揮了作用。最后，Argonaute2似乎是另一個輔因子蛋白的結合位點。這種輔因子蛋白被認為可對靶mRNA造成其他的破壞性作用。

“基本上，這一Argonaute比它的細菌‘表親’更為復雜，它有更多的特殊部分和性能，為我們提供了多個可供操作的點。隨著這一結構的解開，我們不再需要利用原核生物結構來猜測人類Argonaute的樣子，”MacRae說。

MacRae、Schirle和其他實驗室的同事現在正在分析Argonaute2子結構的功能，以及尋找設計更好的治療性導向性RNAs的道路。

 “現在利用這些結構數據，我們可以知道什么樣的合成導向性RNA可對Argonaute起作用，什么樣的不可以。我們甚至有可能制造出比天然RNAs更好的導向性RNAs，”MacRae說。

（生物通：何嬙）

生物通推薦原文摘要：

The Crystal Structure of Human Argonaute2

Argonaute proteins form the functional core of the RNA-induced silencing complexes (RISCs) that mediate RNA silencing in eukaryotes. The 2.3-angstrom-resolution crystal structure of human Argonaute2 (Ago2) reveals a bi-lobed molecule with a central cleft for binding guide and target RNAs. Nucleotides 2 to 6 of a heterogeneous mixture of guide RNAs are positioned in an A-form conformation for base pairing with mRNA targets. Between nucleotides 6 and 7 there is a kink, which may function in miRNA target recognition or release of sliced RNA products. Tandem tryptophan binding pockets in the PIWI domain define a likely interaction surface for recruitment of GW182 or other tryptophan-rich cofactors. These results will enable structure-based approaches for harnessing the untapped therapeutic potential of RNA silencing in humans.