RNA干扰（RNA interference，RNAi）是真核生物细胞内高度保守的，由长度为20-30nt的一段小RNA诱发的同源基因沉默现象。目前已经证明，RNAi在调节细胞增殖、生长、凋亡、代谢和抗病毒感染等基本生物过程中发挥着非常重要的作用。黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）体内的siRNA主要由Dicer2通过水解ATP剪切双链RNA（dsRNA）生成，在该过程中，Loqs-PD可以促进Dicer2对于dsRNA有效的剪切，而R2D2主要将剪切产物传递给Ago2，从而形成功能性的RNA诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）。以前研究已经报道了Loqs-PD、R2D2分别与Dicer2形成复合体的结构和功能，通过结构分析发现，Loqs-PD与R2D2在Dicer2具有不通的结合位置，这也暗示了Loqs-PD与R2D2可以同时影响Dicer2的功能。
2023年8月26日，mg4355娱乐线路检测官网麻锦彪教授与清华大学mg4355娱乐线路检测官网王家博士在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上在线发表题为“R2D2和 Loqs-PD协同调节 DmDcr-2寡聚体的结构机制”（Structural mechanism of R2D2 and Loqs-PD synergistic modulation on DmDcr-2 oligomers）的研究论文。该工作发现Loqs-PD与R2D2可以与Dicer2形成稳定的三元复合物，并且在dsRNA和ATP存在的条件下形成寡聚体，并通过冷冻电镜技术揭示了该寡聚体的高分辨率结构，这对于更加深入理解果蝇体内RNA干扰通路具有重要意义。
为了模拟Dicer/R2D2/Loqs-PD分别与剪切底物和产物的相互作用方式，该研究工作分别报道了该蛋白复合物与50bp的dsRNA与19bp的siRNA duplex的结构，结构表明Dicer/R2D2/Loqs-PD可以与50bp的dsRNA可以形成RNA长度依赖的寡聚体；而与19bp的siRNA duplex形成了不依赖于RNA长度的更大的寡聚体，并且可以沿一维延伸生成类似RIGI-like receptors (RLRs)家族寡聚形成的弹簧形状的纤维。
图1 Dicer2/R2D2/Loqs-PD与不同长度的RNA均可以形成寡聚体
两种寡聚体都表现出了相似的排列方式。结构分析表明，R2D2的C端由一段α-螺旋和C端结构域组成，而且C端结构域的二级结构由α-β-β-β-α组成，这与dsRBDs具有相似的结构特征。此外，R2D2通过该区域与 Dicer2的 Hel2i亚结构域结合，其结合位置和结合方式与哺乳动物Dicer与TRBP结合方式一致。因此，可以推断 R2D2与TRBP功能具有相似性（图2A，B）。R2D2还包括一个独特的α-螺旋（这里称其为bridge-helix），在寡聚体中它连接了两个Dicer2单体，通过突变等分析表明这段序列对于寡聚体的稳定具有重要作用（图2C）。在寡聚体中的第一个Dicer2上可以同时看到R2D2和Loqs-PD的密度，这表明了它们对于Dicer2的功能并不相互排斥。然而，当形成寡聚体时，R2D2的bridge-helix可以占据邻近 Dicer2与 Loqs-PD的结合位置，从而抑制了Loqs-PD的结合（图2D）。这可能是 R2D2对于Loqs-PD功能抑制的一种新的形式。
图2 R2D2的结构特性及其对Loqs-PD的抑制作用
进一步的体内荧光实验可以看到Dicer/R2D2/Loqs-PD在细胞内可以共定位，但是由于分辨率限制，不能够看到是否在体内形成了纤维。该寡聚体允许剪切产物双链siRNA duplex完全装载到N端的解旋酶结构域中，这样可以在 Ago2不在附近时提供短暂的保护作用，从而免被降解。同时，寡聚体的形成通过 R2D2限制了 Loqs-PD的结合，从而寡聚体解聚时释放的 siRNA被大概率的加载到 R2D2上，然后再加载到 Ago2上，而不是被 Loqs-PD获取，并进一步传递给Dicer2。Dicer2蛋白N端的Helicase结构域与脊椎动物中具有先天免疫功能的RIGI-like receptors (RLRs)家族蛋白的Helicase高度同源，且Dicer2仍然保留了水解ATP的能力，这种寡聚方式也非常类似于RLRs，这也暗示了昆虫和脊椎动物对于外源核酸先天免疫机制的相似性。
mg4355娱乐线路检测官网麻锦彪教授和清华大学mg4355娱乐线路检测官网王家博士为共同通讯作者；mg4355电子娱乐官网邓婷和苏世晨博士为文章共同第一作者；清华大学mg4355娱乐线路检测官网王宏伟教授对本研究提供了重大支持和帮助；实验的电镜数据采集受到清华大学冷冻电镜平台的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40919-1