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PNAS:何å·?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ï¼?nbsp;    发布日期:2019-02-18

    近日,北京大学化学院的何å·?/span>/贾桂芳课题组åœ?/span>Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Americaï¼?/span>PNAS)在线发表了题为 â€?/span>Structural insights into FTO’s catalytic mechanism for the demethylation of multiple RNA substratesâ€?/span>的研究论文ã€?/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ï¼?/span>包括肥胖å’?/span>癌症ç­?/span>ã€?/span>N6-甲基腺嘌呤(m6A)作ä¸?/span>mRNA上含量最为丰富的甲基化修饰,æ˜?/span>首个è¢?/span>报道çš?/span>FTO去甲åŸ?/span>酶活生理底物。之后陆续报é�?/span>FTO生理底物è¿?/span>包括mRNAä¸?/span>5â€?/span>å¸?/span>端后çš?/span>N6ï¼?/span>2'-O-二甲基化腺嘌呤(cap m6Amï¼?/span>ï¼?/span>snRNAçš?/span>m6Aå’?/span>m6Amï¼?/span>tRNAçš?/span>N1-甲基腺嘌呤(m1Aï¼?/span>ï¼?/span>除此之外还有体外活性底物单é“?/span>DNA上的N6-甲基脱氧腺嘌呤(6mA)和N3-甲基胸腺嘧啶ï¼?/span>3mT)与单链RNA上的N3-甲基尿嘧啶(m3Uï¼?/span>ã€?/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RNAï¼?/span>FTO为什么对cap m6Am的活性高于单é“?/span>RNA上的m6A,及FTO为什么对单链RNAæˆ?/span>DNA上的m1A没有活性却å¯?/span>tRNA或茎环结构上çš?/span>m1A有活性?回答这些FTO的酶催化分子机制有待于蛋ç™?/span>-核酸复合物晶体结构的解析ã€?/span>然è€?/span>FTO蛋白与核酸底物结合力太弱,致使获å¾?/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ã€?/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äº?/span>FTO与核酸的结合åŠ?/span>ï¼?/span>同时不破å�?/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æž?/span>(图1ï¼?/span>。通过å¯?/span>FTOä¸?/span>6mA修饰çš?/span>ssDNA复合ç‰?/span>结构解析ï¼?/span>3mTã€?/span>m6Aã€?/span>m6Amå’?/span>m1A核苷分别叠合åˆ?/span>FTO-6mA复合ç‰?/span>结构比对分析及体内外生化实验ï¼?/span>得出如下结论ï¼?/span>1)相æ¯?/span>3mTæˆ?/span>m1A等其他甲基化碱基ï¼?/span>FTO更偏çˆ?/span>N6-甲基腺嘌呤碱åŸ?/span>ã€?/span>FTO活性口袋中的氨基酸R96å’?/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å®?/span>N6-甲基朝向反应中心ã€?/span>2ï¼?/span>m6Aå’?/span>m6Am拥有相同çš?/span>N6-甲基腺嘌呤碱基,区别仅在于糖环的2â€?/span>位的甲基。通过结构分析和体外生化实验发çŽ?/span>FTO对相同碱基序列的RNA中的m6Aå’?/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ä¸?/span>N6-甲基腺嘌呤碱基的识别,微弱的糖环2â€?/span>位的结构差异并不会造成FTOå¯?/span>m6Aå’?/span>m6Am的活性差异ã€?/span>3ï¼?/span>通过结构分析和体外生化实验发现不同的RNA碱基序列å’?/span>RNA三维结构会影å“?/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ä¹?/span>FTOå¯?/span>cap m6Am的活性高于单é“?/span>RNA上的m6A,及为什ä¹?/span>FTO对单é“?/span>RNAæˆ?/span>DNA上的m1A没有活性却å¯?/span>tRNA或茎环结构上çš?/span>m1A有活性ã€?/span>该研究工ä½?/span>阐明FTO对不å�?/span>RNA底物的催化机理,ä¸?/span>深入研究FTO生理功能å�?/span>开å�?/span>FTO小分å­?/span>抑制剂/激活剂奠定äº?/span>基础ã€?/span>

 

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

 

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

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

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