拟南芥RNA解旋酶DG2参与叶绿体rRNA表达调控的分子机制

具有DEAD 结构域的RNA解旋酶是在原核生物和真核生物广泛存在的一类酶蛋白。它们能够和ATP结合并将其水解释放自由能，利用释放的能量将双链RNA分子或者RNA高级结构的配对双链区解链形成单链RNA分子。DEAD RNA解旋酶几乎参与了细胞中从RNA生成直至RNA降解的所有代谢过程的调控。在高等植物拟南芥中有33个DEAD RNA 解旋酶，其中有3-5个定位于叶绿体。但是它们在叶绿体基因的表达调控以及RNA代谢等过程中的作用还不清楚。我们对其中的一个定位于叶绿体的在光合生物中高度保守的DEAD RNA解旋酶 DG2进行了初步研究，发现它可能参与了叶绿体中rRNA的加工以及成熟过程的调控。本研究拟在已有的工作基础上，对DG2 参与叶绿体基因表达调控过程的分子机制进行进一步深入研究，以揭示 RNA解旋酶在高等植物叶绿体生物发生过程中的功能，为认识叶绿体基因表达调控的复杂网络提供一定基础。

高等植物叶绿体的70S 核糖体是叶绿体蛋白质合成的场所，对叶绿体的生物发生以及植物体的生长发育具有重要作用。叶绿体70S核糖体由50S和30S两个亚基构成。每个亚基都是由核糖体蛋白和核糖体RNA（rRNA）组成的超级复合物。近年来，尽管叶绿体核糖体的结构和组分已经被充分解析，但是核糖体蛋白和rRNA分子究竟是如何组装成这一超级复合物的仍然知之甚少。在原核生物钟70S核糖体的组装需要大量的组装因子，推测叶绿体70S可能存在类似的机制，但是目前对于叶绿体核糖体组装因子的研究仍然很少。. 在本项目中，通过遗传学的方法我们分离得到了一个参与叶绿体50S核糖体组装的组装因子RH22（申请书中命名为DG2）。RH22是一个定位于叶绿体的DEAD RNA 解旋酶。我们的研究发现：RH22基因缺失会使拟南芥叶绿体的23S rRNA表达特异地发生改变，表现为23S rRNA前体累积而成熟体减少，暗示着23S RNA加工和组装过程受到了影响。进一步的研究表明：RH22蛋白和50S核糖体的前体结合，而和成熟的50S核糖体不结合，表明RH22确实参与了50S核糖体的组装过程。酵母双杂交和pull down实验表明：RH22能够特异的和50S亚基的核糖体蛋白RPL24特异地发生相互作用。RPL24,RH22以及rRNA 5'端的一段RNA分子形成一个蛋白质-RNA复合物特异参与了50S核糖体的组装过程。. 本项目的研究还发现：RH22在叶绿核糖体组装中的功能同大肠杆菌的SrmB相似。但是SrmB不仅和RPL24结合，而且和RPL4结合。我们的研究发现：RH22和SrmB这种功能的差别是由于叶绿体23S rRNA5'端结构的进化引起的。因此本项研究不仅为研究叶绿体核糖体组装的分子机制提供了很好的基础，而且为认识叶绿体的rRNA结构如何和核糖体组装因子共进化提供了新的切入点。