RNA结合蛋白Smaug识别果蝇生殖发育关键基因oskar mRNA的结构机理研究

RNA binding proteins (RBPs) are key components in RNA metabolism，which regulate all aspects of RNA biogenesis from RNA maturation, nucleocytoplasmic transport to subcellular localization, translation and RNA degradation. Aberrant RBPs function is associated with many human diseases, like neurologic disorders and cancers. Smaug is a family of important RNA-binding protein that was characterized and identified first in Drosophila, the functional domain of which is highly concerved from yeast to human. Smaug plays crucial roles in post-transcriptional regulation of its target mRNAs. So far, little is known about the direct target mRNAs of Smaug in Drosophila. Interestingly, in our previous studies, we have identified Smaug protein can directly interact with the 3’UTR region of oskar mRNA. Oskar is the key component in the regulation of Drosophila pole plasm formation and assembly. The site where oskar mRNA is localized within the oocyte determines where the germ plasm will form. In this study, we aimed to dissect the molecular and structural mechanism of oskar mRNA recognition by Smaug, which will provide important scientific basis in understanding mechanisms of target mRNA recognition by Smaug family proteins during post-trancriptional regulation.

RNA结合蛋白（RNA-binding poteins，RBPs）可以调控RNA从转录生成、核质运输、亚细胞定位至降解的所有相关过程。包括神经功能障碍、癌症等众多疾病的发生都与RBPs的异常表达紧密相关。Smaug家族蛋白是近几年来在果蝇中被鉴定的一类重要的RNA结合蛋白，其功能结构域从酵母到哺乳动物都具有较高的保守性，对下游直接作用的靶mRNA行使重要的转录后调控。目前对果蝇中Smaug下游直接调控的靶mRNA知之甚少。前期研究中我们发现Smaug蛋白能与oskar mRNA的3’UTR区域发生直接的相互作用。Oskar蛋白在果蝇极质的形成和装配过程中具有重要的调控作用，其mRNA的定位决定原始生殖细胞的形成位置。本项目拟通过对Smaug特异识别oskar mRNA的结构与功能研究，深入了解Smaug家族蛋白在参与转录后调控中特异性识别靶mRNA的结构基础和分子机理。

RNA结合蛋白（RNA-binding poteins，RBPs）可以调控RNA从转录生成、核质运输、亚细胞定位至降解的所有相关过程。包括神经功能障碍、癌症等众多疾病的发生都与RBPs的异常表达紧密相关。Smaug家族蛋白是近几年来在果蝇中被鉴定的一类重要的RNA结合蛋白，其功能结构域从酵母到哺乳动物都具有较高的保守性，对下游直接作用的靶mRNA行使重要的转录后调控。目前对果蝇中Smaug下游直接调控的靶mRNA知之甚少。本项目中我们通过研究发现Smaug蛋白能与oskar mRNA的3’UTR区域发生直接的相互作用。Oskar蛋白在果蝇极质的形成和装配过程中具有重要的调控作用，其mRNA的定位决定原始生殖细胞的形成位置。我们通过对oskar mRNA 3'UTR片段不同长度的截短及体外凝胶阻滞（EMSA）实验，缩小了Smaug-RBD与oskar mRNA 3'UTR的结合范围，并通过定点突变，结合EMSA实验予以验证，从而确定了其保守的结合基序。同时，我们围绕Smaug和Oskar蛋白与nanos 和oskar 3’UTR之间的交叉调控进行了深入的研究，发现Oskar蛋白C端能与oskar自身3’UTR及nanos 3’UTR区域发生特异性结合，但含有典型RNA结合结构域的Oskar蛋白N端却并不能结合RNA，并且我们通过突变等功能实验确定了Osk-C表面与RNA结合所需的关键氨基酸位点。这是目前第一次报道含有类似水解酶结构域的蛋白能与核酸结合。这项工作从结构和功能两方面阐述了Oskar蛋白与相关mRNA 3’UTR相互作用的新型分子机制，这对揭示Oskar在果蝇生殖细胞生成中发挥的重要作用具有积极的意义。