Nucleic Acids Research
ARMAN-2 VSEN结构揭示RNA剪接酶底物识别机制
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本研究解析了ARMAN-2 VSEN与RNA复合物的高分辨率晶体结构，首次在结构层面揭示了古菌RNA剪接酶对多样化底物的识别机制。通过结构比对，研究还发现真核生物TSEN中的ESL结构与古菌中的ASL、CSL结构功能相似，暗示了不同生命域间RNA剪接机制的趋同进化。
文献概述
本文《Structural basis of substrate diversity and functional evolution of archaeal RNA-splicing endonucleases》，发表于《Nucleic Acids Research》杂志，回顾并总结了古菌RNA剪接内切核酸酶（VSEN）对多种RNA二级结构的识别特性及其催化机制。研究通过晶体结构解析和突变体功能验证，揭示了ARMAN-2 VSEN中的ASL结构在底物结合与剪接位点定位中的关键作用，并通过结构比对发现真核TSEN中的ESL结构具有类似功能，支持RNA剪接酶在不同物种中催化机制的趋同进化。
背景知识
RNA剪接是生物体内tRNA成熟的关键步骤，古菌和真核生物中剪接核酸酶分别称为VSEN和TSEN。古菌VSEN具有广泛的底物特异性，能识别多种非经典剪接位点，而真核TSEN则主要作用于标准L型tRNA。尽管两者在结构和功能上存在差异，已有研究提示其催化机制的相似性。本研究聚焦ARMAN-2来源的ε2型VSEN，其结构中特化的ASL（ARMAN-specific loop）被认为在底物结合和剪接位点稳定中起关键作用。通过解析其与BHB结构RNA的复合结构，研究团队首次在原子层面揭示了VSEN如何通过结构元件实现多样化底物的精准识别，同时通过与TSEN的结构比对，提出辅助环在不同物种中趋同进化的可能。
研究方法与实验
研究团队通过X射线晶体学手段，解析了ARMAN-2来源的ε2型VSEN与合成BHB RNA复合物的1.8 Å高分辨率结构。该RNA分子包含一个2'-脱氧尿苷（dU14）以阻止剪接反应，从而稳定结合构象。通过结构比对与突变体酶活检测，作者验证了ASL中酪氨酸（Y160）和赖氨酸（K161）在底物结合与催化中的关键作用。此外，作者还通过结构叠加分析，比较了ARMAN-2 VSEN与AFU α′2型VSEN以及人类TSEN的催化中心，揭示了辅助环（ASL/CSL/ESL）在不同物种中对底物特异性的影响。
关键结论与观点
研究意义与展望
本研究首次在结构层面揭示了古菌VSEN如何通过ASL结构域适应多种非经典BHB或BHL结构，为理解RNA剪接酶的底物特异性演化提供了关键证据。同时，研究也支持VSEN和TSEN具有共同催化机制但不同底物识别策略的进化假说。未来可进一步解析其他古菌VSEN与RNA的复合结构，验证ASL在不同VSEN类型中的功能保守性。此外，TSEN中的ESL结构是否可作为RNA构象稳定元件，也值得在疾病模型与药物研发中进一步探索。
结语
本研究通过结构生物学与功能分析相结合，首次在原子水平揭示了古菌RNA剪接内切酶ARMAN-2 VSEN如何识别多样化RNA底物。结构分析表明，ASL结构域通过与RNA的直接相互作用，稳定剪接位点的几何构象，从而支持高效催化。同时，结构比对发现真核生物TSEN中存在功能类比的ESL结构域，提示尽管VSEN和TSEN进化路径不同，其底物识别机制可能通过趋同进化获得。这些发现不仅深化了对RNA剪接机制的理解，也为RNA剪接相关疾病的结构靶向药物开发提供新思路。此外，该研究为构建具有特定底物特异性的RNA剪接工具提供了结构基础，有望推动合成生物学与基因编辑领域中RNA工程工具的优化。
