RNA幹擾（RNA interference，RNAi）是真核生物細胞內高度保守的，由長度為20-30nt的一段小RNA誘發的同源基因沉默現象。目前已經證明，RNAi在調節細胞增殖、生長、凋亡、代謝和抗病毒感染等基本生物過程中發揮著非常重要的作用。黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）體內的siRNA主要由Dicer2通過水解ATP剪切雙鏈RNA（dsRNA）生成，在該過程中，Loqs-PD可以促進Dicer2對於dsRNA有效的剪切，而R2D2主要將剪切產物傳遞給Ago2，從而形成功能性的RNA誘導沉默複合體（RNA-induced silencing complex，RISC）。以前研究已經報道了Loqs-PD、R2D2分別與Dicer2形成複合體的結構和功能，通過結構分析發現，Loqs-PD與R2D2在Dicer2具有不通的結合位置，這也暗示了Loqs-PD與R2D2可以同時影響Dicer2的功能。
2023年8月26日，万博英超狼队网官方网 麻錦彪教授與清華大學万博体育分 王家博士在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上在線發表題為“R2D2和 Loqs-PD協同調節 DmDcr-2寡聚體的結構機製”（Structural mechanism of R2D2 and Loqs-PD synergistic modulation on DmDcr-2 oligomers）的研究論文。該工作發現Loqs-PD與R2D2可以與Dicer2形成穩定的三元複合物，並且在dsRNA和ATP存在的條件下形成寡聚體，並通過冷凍電鏡技術揭示了該寡聚體的高分辨率結構，這對於更加深入理解果蠅體內RNA幹擾通路具有重要意義。
為了模擬Dicer/R2D2/Loqs-PD分別與剪切底物和產物的相互作用方式，該研究工作分別報道了該蛋白複合物與50bp的dsRNA與19bp的siRNA duplex的結構，結構表明Dicer/R2D2/Loqs-PD可以與50bp的dsRNA可以形成RNA長度依賴的寡聚體；而與19bp的siRNA duplex形成了不依賴於RNA長度的更大的寡聚體，並且可以沿一維延伸生成類似RIGI-like receptors (RLRs)家族寡聚形成的彈簧形狀的纖維。
圖1 Dicer2/R2D2/Loqs-PD與不同長度的RNA均可以形成寡聚體
兩種寡聚體都表現出了相似的排列方式。結構分析表明，R2D2的C端由一段α-螺旋和C端結構域組成，而且C端結構域的二級結構由α-β-β-β-α組成，這與dsRBDs具有相似的結構特征。此外，R2D2通過該區域與 Dicer2的 Hel2i亞結構域結合，其結合位置和結合方式與哺乳動物Dicer與TRBP結合方式一致。因此，可以推斷 R2D2與TRBP功能具有相似性（圖2A，B）。R2D2還包括一個獨特的α-螺旋（這裏稱其為bridge-helix），在寡聚體中它連接了兩個Dicer2單體，通過突變等分析表明這段序列對於寡聚體的穩定具有重要作用（圖2C）。在寡聚體中的第一個Dicer2上可以同時看到R2D2和Loqs-PD的密度，這表明了它們對於Dicer2的功能並不相互排斥。然而，當形成寡聚體時，R2D2的bridge-helix可以占據鄰近 Dicer2與 Loqs-PD的結合位置，從而抑製了Loqs-PD的結合（圖2D）。這可能是 R2D2對於Loqs-PD功能抑製的一種新的形式。
圖2 R2D2的結構特性及其對Loqs-PD的抑製作用
進一步的體內熒光實驗可以看到Dicer/R2D2/Loqs-PD在細胞內可以共定位，但是由於分辨率限製，不能夠看到是否在體內形成了纖維。該寡聚體允許剪切產物雙鏈siRNA duplex完全裝載到N端的解旋酶結構域中，這樣可以在 Ago2不在附近時提供短暫的保護作用，從而免被降解。同時，寡聚體的形成通過 R2D2限製了 Loqs-PD的結合，從而寡聚體解聚時釋放的 siRNA被大概率的加載到 R2D2上，然後再加載到 Ago2上，而不是被 Loqs-PD獲取，並進一步傳遞給Dicer2。Dicer2蛋白N端的Helicase結構域與脊椎動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，這種寡聚方式也非常類似於RLRs，這也暗示了昆蟲和脊椎動物對於外源核酸先天免疫機製的相似性。
万博英超狼队网官方网 麻錦彪教授和清華大學万博体育分 王家博士為共同通訊作者；狗万外围充值 鄧婷和蘇世晨博士為文章共同第一作者；清華大學万博体育分 王宏偉教授對本研究提供了重大支持和幫助；實驗的電鏡數據采集受到清華大學冷凍電鏡平台的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40919-1