?

? 信使RNA（mRNA）是壽命短暫的分子。我們細胞的mRNA平均壽命在10小時左右，當然具體數(shù)值在不同mRNA間變化很大。比如說，編碼那些執(zhí)行基礎(chǔ)功能的“看家蛋白”——像是參與生物合成、分解代謝途徑的酶——的mRNA壽命普遍相當長，有的能在胞質(zhì)里優(yōu)哉游哉好幾天；另一方面，編碼那些功能與時間緊密掛鉤的蛋白——像是轉(zhuǎn)錄因子——的mRNA就比較慘了，可能幾分鐘也活不過。細胞對某一mRNA含量的調(diào)控是在它生命的兩端同時進行的：一端是DNA轉(zhuǎn)錄生成新mRNA的速率，另一端就是干完活兒了的mRNA被降解掉的速率。

降解，脫帽

? ? mRNA的兩端都帶有保護措施。它們前面戴著一頂“帽子”，其本質(zhì)上是個用獨特的方式連接在RNA分子上的、甲基化了的鳥苷酸；后面拖著一條尾巴，組成它的就是一長串腺苷酸。細胞用來降解mRNA的途徑大體上有兩條，去除這些保護措施的方法也就相應(yīng)地有兩種。這兩條途徑的開頭是一樣的——都需要先去掉mRNA的尾巴，不過在此之后對付帽子的方法就不一樣了。其中一條途徑比較簡單粗暴，直接請專業(yè)的脫帽酶先把帽子去掉，然后讓核酸外切酶（ATP注：通常都是Xrn1，一個極其辛勤（誤）的5'→3'外切酶）一個核苷酸、一個核苷酸地把mRNA從頭到尾切得粉碎。另一條途徑則暫時忽略帽子，叫外切體（ATP注：是個多蛋白復合物，具有3'→5'外切酶和內(nèi)切酶雙重活性）來按照從末端到頭端的方向降解mRNA。然而，外切體只憑自己的力量并不能把活兒干完。經(jīng)過它手的mRNA總會剩下那么一小截，其上的帽子完好無損。這個時候，就輪到我們號稱“清道夫”（scavenger）的脫帽酶DcpS大顯身手了。它專挑加了帽的寡核苷酸下手，切掉末端的帽子結(jié)構(gòu)，為整條降解途徑畫上句號。

沒得感情的脫帽機器

? ? DcpS是個二聚體，具有數(shù)個可以活動的結(jié)構(gòu)域。它的兩條肽鏈都各自折疊出兩個結(jié)構(gòu)域，中間被柔韌的連接區(qū)段連在一起；這兩條肽鏈又肩貼肩地靠在一起，組裝成的完全體具有兩個活性位點，位于各單體兩個結(jié)構(gòu)域中間形成的溝槽之內(nèi)。兩個亞基各自的N末端結(jié)構(gòu)域（圖上蛋白的上部）通過“結(jié)構(gòu)域交換”式的相互作用（ATP注：即domain swapped interaction，是蛋白質(zhì)形成寡聚體的方式之一；如果不熟悉的話，可以到最后面看詳細注釋~）把彼此拴在一塊兒，同時借此將整個復合體粘在一起。DcpS沒結(jié)合底物時的結(jié)構(gòu)是對稱的，來自PSI結(jié)構(gòu)基因組學聯(lián)合中心（PSI Joint Center for Structural Genomics）的小鼠DcpS結(jié)構(gòu)圖像（PDB條目1vlr，上方所示）首次展示了這一點。

尋找抑制劑……

? ? 通過研究結(jié)合底物或抑制劑的DcpS的結(jié)構(gòu)，研究者發(fā)現(xiàn)它的N末端結(jié)構(gòu)域可以前后擺動，某一邊有底物進來時就將這邊的活性位點封閉，催化完成后再移開。最近，在PSI基因-3D結(jié)構(gòu)加速技術(shù)中心（PSI Accelerated Center for Gene to 3D Structure）的幫助下，第一批DcpS與抑制劑結(jié)合的結(jié)構(gòu)已獲解明。這批結(jié)構(gòu)（比如下面JSmol展示的來自PDB條目3bla的結(jié)構(gòu)）中，DcpS的一個活性位點緊緊地包圍著抑制劑分子，另一個活性位點則被困在無法進行催化的開放構(gòu)象當中。

……兼藥物

? ? 上面提到的那些抑制劑是在尋找針對脊髓性肌萎縮（spinal muscular atrophy, SMA）的藥物時得到的部分成果。SMA是導致嬰兒死亡的最常見的遺傳障礙，其罪魁禍首是SMN1基因的缺陷。令人驚喜的是，有個叫做SMN2的基因可以替代SMN1的功能，但必須得被過度激活得超出正常水平才行。人們發(fā)現(xiàn)，DcpS抑制劑可以通過阻礙DcpS的功能激活SMN2，最終使得SMN基因們的mRNA水平整體得到提高。

清道夫脫帽酶DcpS（PDB條目3bla）

? ? ? ? DcpS是個同源二聚體，由兩個相同的亞基組成。在本圖中，DcpS的N末端結(jié)構(gòu)域為藍色，C末端結(jié)構(gòu)域為梅紅色。一個亞基的顏色較為鮮亮，另一個則較暗淡。注意N端結(jié)構(gòu)域擺向蛋白的一側(cè)，緊密地結(jié)合在其中一個抑制劑分子（綠色）的周圍。也請注意N端結(jié)構(gòu)域間大范圍的“結(jié)構(gòu)域交換”現(xiàn)象。

? ? 很久沒有翻譯Structural Biology Highlights的文章了……還是之前翻一篇跟GPCR相關(guān)的月度分子（腎上腺素受體）的時候突然想起來還有這么個東西的（大霧），因為SBH系列里有篇統(tǒng)括地講GPCR的文章。至于為什么本次我選的是這個，一是因為SBH這個系列是我在搜DcpS時偶然發(fā)現(xiàn)的，二是真核生物的mRNA降解也是我非常感興趣的領(lǐng)域。（事實上，我喜歡上這個領(lǐng)域比我喜歡上離子通道還早?。┖美玻粡U話了，我在這里把空間留出來，用來解釋一下文中出現(xiàn)的一個有趣的術(shù)語——結(jié)構(gòu)域交換。

? ? 假如說我們有這么一類蛋白，它有兩個結(jié)構(gòu)域，中間由一條“鉸鏈”連接著，我們用A-B來表示它的結(jié)構(gòu)。A結(jié)構(gòu)域和B結(jié)構(gòu)域能發(fā)生相互作用，讓蛋白折疊成緊湊的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，想象這類蛋白里有兩個個體，一個叫A1-B1，一個叫A2-B2。等一等——我只說A結(jié)構(gòu)域能和B結(jié)構(gòu)域結(jié)合，可并沒有限制說“A結(jié)構(gòu)域只能與跟它在同一條肽鏈上的B結(jié)構(gòu)域結(jié)合”??！這樣，A1當然可以與B2結(jié)合，B1也肯定能夠與A2結(jié)合，于是它倆就愉快地形成了一個二聚體！這就是所謂的“結(jié)構(gòu)域交換”現(xiàn)象，因為就像是兩個蛋白互相交換結(jié)構(gòu)域來達成結(jié)合一樣。在很多寡聚體甚至多聚體蛋白的結(jié)構(gòu)上都能看見類似于結(jié)構(gòu)域交換的現(xiàn)象。當然，光看文字還是沒那么直觀，我們上圖：

? ? 看完之后，不妨試著去觀察一下本文中出現(xiàn)的DcpS結(jié)構(gòu)，找一找結(jié)構(gòu)域交換的跡象！

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封面出處：Gu, M., Fabrega, C., Liu, SW., Liu, H., Kiledjian, M., and Lima, CD. Insights into the Structure, Mechanism, and Regulation of Scavenger mRNA Decapping Activity. Mol Cell 14, 67-80 (2004). DOI: 10.1016/s1097-2765(04)00180-7

作者：David S. Goodsell

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