argonaute蛋白结构和功能

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1、WORD格式.可编辑RNA干扰以及所有由小RNA分子介导的基因表达沉默机制都有一个共同的特点,那就是会有一个负责沉默作用的小RNA分子(在本文中我们称这个分子为向导链)与Argonaute家族蛋白发生相互作用。这种RNA-Argonaute蛋白复合体就构成了RISC复合体里最基本的,也是最为核心的效应元件。在RISC复合体中,小RNA分子起到这样的作用:通过碱基互补配对原则,以序列特异性的方式引导Argonaute蛋白与靶标分子结合。mRNA的这些靶标分子被Argonaute蛋白识别之后会被切割或者抑制翻译,最终被细胞降解。Argona

2、ute蛋白在进化过程中演变出了各种亚科蛋白。这些亚科蛋白可以识别各种不同类型的小RNA分子,从而在各种小RNA沉默途径中发挥作用。siRNA和miRNA都能与Argonaute亚科蛋白AGO蛋白结合,但是piRNA则与Argonaute亚科蛋白PIWI蛋白结合。在经典的由siRNA分子介导的RNAi途径中,Argonaute蛋白可以用内切核酸酶活性来沉默mRNA靶分子,这种过程被称作切割。在生殖细胞中,面对各种外来的遗传物质,Argonaute亚科蛋白PIWI蛋白在piRNA介导的RNA沉默途径中,利用的也是切割机制。在进行切割反应时,

3、目标RNA分子主要在磷酸基团处被切割,该处主要是对应向导链5’端开始第10和第11位碱基处磷酸基团处的位点。只有向导链和靶标链在切割位点处互补情况非常好,切割反应才能发挥作用。Argonaute蛋白也可以不依赖切割反应来达到沉默RNA的目的。在动物细胞的miRNA沉默途径中,Argonaute蛋白可以通过抑制目的mRNA翻译的办法,以及诱导目的mRNA发生脱腺苷化作用(deadenylation)后降解的方法来达到基因沉默的作用。不过,有关miRNA介导基因沉默的精细机制我们现在还不是非常清楚。作为小RNA介导基因沉默途径里的效应分子,

4、Argonaute蛋白必须要能够在与siRNA双链或miRNA-miRNA*双链分子结合时准确识别出小RNA向导链并与之结合,剔除掉没有功能的随从链和miRNA*链,然后依照向导链的指引发现目的RNA(背景知识框1)。在需要RNA切割机制参与的沉默途径中,Argonaute蛋白会被多次循环利用。在Argonaute蛋白循环识别靶标分子,进行切割反应,释放出产物的过程当中,向导链继续与Argonaute蛋白结合,不会脱离。在多细胞动物miRNA的沉默途径里切割机制是通过一种不需要“切割机”的形式(slicer-independentman

5、ner)来发挥作用的,此时的Argonaute蛋白需要一直与靶标mRNA分子紧密结合,这样才能阻止其翻译。1. 功能结构域Argonaute蛋白都是多结构域蛋白,其含有N末端结构域、PAZ结构域、MID结构域和PIWI结构域(图2a)。原核生物Argonaute蛋白的晶体结构表现出一个二叶状(bilobate)结构。MID结构域和PIWI结构域形成其中一叶,而N末端结构域和PAZ结构域形成另一叶(图2b)。Argonaute蛋白家族里的两个标志性的结构域——PAZ结构域和C末端的PIWI结构域最初都是用系统发生序列分析(phylogen

6、eticsequenceanalysis)的方法发现的。对黑腹果蝇Argonaute蛋白中分离出来的PAZ结构域进行三维结构解析的结果表明,PAZ结构域的折叠情况比较类似于低聚糖/低聚核苷酸结合折叠结构域(oligosaccharide/oligonucleotide-binding-folddomain)和Sm折叠结构域(Sm-folddomain)的情况。我们得到的第一个全长Argonaute蛋白的晶体结构是极端嗜热菌(Pyrococcusfuriosus)来源的Argonaute蛋白的晶体结构。该结构显示,曾被LorenzoCer

7、utti等人认定为PIWI结构域的序列基序实际上专业知识.整理分享WORD格式.可编辑是由MID结构域和PIWI结构域共同组成的。这两个结构域由被遮盖的Argonaute蛋白C末端中心部位非常保守的位点连接起来(图2b)。MID结构域与lac抑制子里的糖结合结构域比较相似。PIWI结构域的折叠方式则与切割RNA–DNA杂交分子的核糖核酸内切酶RNaseH比较类似。古细菌闪烁古生球菌(Archaeoglobusfulgidus)里的PIWI样蛋白Piwi的晶体结构表明该蛋白是由两个结构域组成的,即结构域A和结构域B,分别对应于MID结构域

8、和PIWI结构域。超嗜热菌(A.aeolicus)的全长Argonaute蛋白的PIWI结构域也具有RNaseH样折叠情况。生化研究表明,原核生物的Argonaute蛋白和RNaseH一样,可以起到DNA引

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