Pol IV-RDR2的復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)。課題組供圖
我國科學(xué)家在分子生物學(xué)和植物科學(xué)基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域獲重大突破。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張余研究團(tuán)隊和王佳偉研究團(tuán)隊與浙江大學(xué)馮鈺團(tuán)隊合作，首次解析了Pol IV-RDR2蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，并提出了Pol IV-RDR2以雙鏈DNA為模板合成雙鏈RNA的獨特分子機(jī)制。12月24日，這項研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》。
轉(zhuǎn)座子最早由美國遺傳學(xué)家Barbara McClintock（1983年諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎）在玉米基因組中發(fā)現(xiàn)，它在高等生物基因組中廣泛存在。轉(zhuǎn)座子能夠在宿主基因組中“復(fù)制和粘貼”自己的DNA，以達(dá)到其自我“繁殖”的目的，其活動會對基因組的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。高等生物通過給轉(zhuǎn)座子DNA打上一個甲基的化學(xué)烙印，抑制轉(zhuǎn)座子的活動，從而維持基因組的穩(wěn)定性。在高等植物中，兩種執(zhí)行不同功能的蛋白質(zhì)機(jī)器Pol IV和RDR2，它們協(xié)作生產(chǎn)一段雙鏈的向?qū)NA分子，幫助植物細(xì)胞精準(zhǔn)地給轉(zhuǎn)座子DNA加上甲基化烙印。雖然Pol IV和RDR2已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)多年，然而這兩種轉(zhuǎn)錄機(jī)器的內(nèi)部構(gòu)造和協(xié)同工作機(jī)制尚未闡明。
Pol IV是植物細(xì)胞核編碼的第四種RNA聚合酶，與真核生物的Pol I, Pol II和Pol III相比，其基因組轉(zhuǎn)錄區(qū)域、相互作用轉(zhuǎn)錄因子、工作方式、以及生理功能都有顯著區(qū)別。近30年來，Pol I, Pol II和Pol III的三維結(jié)構(gòu)陸續(xù)得到解析，然而Pol IV的三維結(jié)構(gòu)和工作方式仍然尚未得到解答。
“Pol IV和RDR2很像兩個分管不同RNA合成工作的獨立車間，我們研究發(fā)現(xiàn)它們很聰明地合并在一起，并在兩個原本獨立的車間之間建造了一個內(nèi)部通道?！睆堄喔嬖V《中國科學(xué)報》，Pol IV合成車間的工作是以雙鏈DNA為模板合成單鏈RNA，合成出的單鏈RNA產(chǎn)物就可以通過內(nèi)部通道直接傳送到RDR2的合成車間，從而RDR2能夠直接以單鏈RNA為模板，合成雙鏈RNA。據(jù)此，研究人員提出蛋白質(zhì)機(jī)器Pol IV- RDR2復(fù)合物就像一個高效合成雙鏈RNA的工廠，以雙鏈DNA為模板，在蛋白機(jī)器內(nèi)部傳遞單鏈RNA中間產(chǎn)物，連續(xù)高效地合成雙鏈RNA。
王佳偉表示，這項研究成功解析了真核生物第四個RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)，揭示了雙RNA聚合酶復(fù)合物的獨特構(gòu)造和協(xié)同工作機(jī)制，提出了轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)機(jī)器的新型工作模式。
