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PNAS:何?贾桂芳课题组报道RNA修饰m6A去甲基酶FTO对多种RNA修饰底物的去甲基分子机理

作者:     来源?nbsp;    发布日期:2019-02-18

    近日,北京大学化学院的何?/span>/贾桂芳课题组?/span>Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America?/span>PNAS)在线发表了题为 ?/span>Structural insights into FTO’s catalytic mechanism for the demethylation of multiple RNA substrates?/span>的研究论文?/span>

       FTO对人体发育至关重要,FTO酶活功能的紊乱会影响发育和多种疾病的发生?/span>包括肥胖?/span>癌症?/span>?/span>N6-甲基腺嘌呤(m6A)作?/span>mRNA上含量最为丰富的甲基化修饰,?/span>首个?/span>报道?/span>FTO去甲?/span>酶活生理底物。之后陆续报?/span>FTO生理底物?/span>包括mRNA?/span>5?/span>?/span>端后?/span>N6?/span>2'-O-二甲基化腺嘌呤(cap m6Am?/span>?/span>snRNA?/span>m6A?/span>m6Am?/span>tRNA?/span>N1-甲基腺嘌呤(m1A?/span>?/span>除此之外还有体外活性底物单?/span>DNA上的N6-甲基脱氧腺嘌呤(6mA)和N3-甲基胸腺嘧啶?/span>3mT)与单链RNA上的N3-甲基尿嘧啶(m3U?/span>?/span>FTO如何识别众多的核酸修饰碱基,是否有催化选择性,如何结合多种RNA?/span>FTO为什么对cap m6Am的活性高于单?/span>RNA上的m6A,及FTO为什么对单链RNA?/span>DNA上的m1A没有活性却?/span>tRNA或茎环结构上?/span>m1A有活性?回答这些FTO的酶催化分子机制有待于蛋?/span>-核酸复合物晶体结构的解析?/span>然?/span>FTO蛋白与核酸底物结合力太弱,致使获?/span>FTO蛋白-核酸复合物晶体结构一直是该领域的挑战和难点?/span>

北京大学化学学院何川/贾桂芳课题组巧妙地对FTO蛋白进行氨基酸位点突变有效地提升?/span>FTO与核酸的结合?/span>?/span>同时不破?/span>FTO的底物口袋和酶活,首次成功获得了FTO-核酸复合物晶体结?/span>(图1?/span>。通过?/span>FTO?/span>6mA修饰?/span>ssDNA复合?/span>结构解析?/span>3mT?/span>m6A?/span>m6Am?/span>m1A核苷分别叠合?/span>FTO-6mA复合?/span>结构比对分析及体内外生化实验?/span>得出如下结论?/span>1)相?/span>3mT?/span>m1A等其他甲基化碱基?/span>FTO更偏?/span>N6-甲基腺嘌呤碱?/span>?/span>FTO活性口袋中的氨基酸R96?/span>E234特异性与N6-甲基腺嘌呤碱基的嘌呤环形成氢键相互作用,同时多个氨基酸组成一个稳定的疏水腔用于固?/span>N6-甲基朝向反应中心?/span>2?/span>m6A?/span>m6Am拥有相同?/span>N6-甲基腺嘌呤碱基,区别仅在于糖环的2?/span>位的甲基。通过结构分析和体外生化实验发?/span>FTO对相同碱基序列的RNA中的m6A?/span>m6Am具有相同的去甲基活性,表明FTO的去甲基活性主要依赖于活性口袋中?/span>N6-甲基腺嘌呤碱基的识别,微弱的糖环2?/span>位的结构差异并不会造成FTO?/span>m6A?/span>m6Am的活性差异?/span>3?/span>通过结构分析和体外生化实验发现不同的RNA碱基序列?/span>RNA三维结构会影?/span>FTO的去甲基活性,FTO更偏向大的茎环结构。这帮助解释了为什?/span>FTO?/span>cap m6Am的活性高于单?/span>RNA上的m6A,及为什?/span>FTO对单?/span>RNA?/span>DNA上的m1A没有活性却?/span>tRNA或茎环结构上?/span>m1A有活性?/span>该研究工?/span>阐明FTO对不?/span>RNA底物的催化机理,?/span>深入研究FTO生理功能?/span>开?/span>FTO小分?/span>抑制剂/激活剂奠定?/span>基础?/span>

 

?/span>1  FTO-6mA核酸复合物晶体结构及去甲?/span>酶活分子机制

 

    上述工作主要?/span>北京大学化学?/span>何川/贾桂芳课题组的博士研究生张笑、魏连环、肖?/span>和上海交通大?/span>医学?/span>张良课题组的硕士研究?/span>王雨?/span>等合作完?/span>,同时得到了北京大学医学?/span>药学?/span>汤新?/span>课题组的帮助?/span>贾桂芳和张良?/span>共同通讯作者,该研?/span>得到了国家科技部和国家自然科学基金委等经费资助?/span>

相关链接: //doi.org/10.1073/pnas.1820574116

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