Forskere afslører, hvordan SID-1 genkender dsRNA og initierer systemisk RNA-interferens

RNA-interferens (RNAi) er en fascinerende biologisk proces i orme, planter, svampe og metazoer, som har været et værdifuldt værktøj til at studere genfunktion og som terapeutiske midler.

I Caenorhabditis elegans spiller multipass-transmembranproteinet, systemisk RNA-interferensdefekt protein 1 (SID-1), en uundværlig rolle i optagelsen og leveringen af ​​dobbeltstrenget RNA (dsRNA) mellem celler og væv, hvilket fører til systemisk RNAi.

Derudover er to humane SID-1-homologer, SID1-transmembranfamiliemedlem 1 (SIDT1) og SIDT2, blevet impliceret i RNA-transport. De underliggende molekylære mekanismer for, hvordan SID-1 specifikt adskiller dsRNA fra enkeltstrenget RNA (ssRNA) og DNA og letter efterfølgende dsRNA-transport mellem celler, forbliver dog ukendte.

Svar på disse spørgsmål er vigtige for at forstå systemisk RNAi og for at hjælpe med RNA-relaterede applikationer.

Dr. Zhang Jiangtao i Prof. Jiang Daohuas gruppe fra Institut for Fysik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi har demonstreret, hvordan SID-1 specifikt genkender dsRNA og givet vigtig indsigt i internaliseringen af ​​dsRNA ved SID-1 ved at kombinere cryo-EM, in vitro og in vivo eksperimenter. Værket er publiceret i tidsskriftet Nature Structural &Molecular Biology .

I mere end to årtier blev SID-1 anset for at fungere som en dsRNA-kanal. Her løste forskerne cryo-EM-strukturer i høj opløsning af SID-1 og de humane SID-1-homologer SIDT1 og SIDT2, hvilket afslørede den bevarede arkitektur af C. elegans og humane SID-1-homologer.

SID-1-homologerne er organiseret på en homodimer måde. Overraskende viser SID-1-dimeren ikke en tydelig pore i transmembrandomænet, hvilket tyder på, at SID-1 muligvis ikke fungerer som en dsRNA-kanal. MST-bindingsassays bekræftede, at SID-1 potent og specifikt kan binde til dsRNA, men ikke til dsDNA.

Efterfølgende opnåede forskerne cryo-EM-strukturen af ​​SID-1-dsRNA-komplekset, hvilket demonstrerede den detaljerede dsRNA-bindingsmåde og de molekylære determinanter for, hvordan SID-1 adskiller dsRNA fra ssRNA og DNA.

Interessant nok er sådanne determinanter ikke til stede i human SIDT1 eller SIDT2. De strukturelle fund blev understøttet af mutageneseundersøgelser ved anvendelse af MST-bindingsassays, dsRNA-optagelse i S2-celler og in vivo systemiske RNAi-assays.

Endelig viser forskerne, at fjernelsen af ​​de lange intracellulære løkke transmembrane helixer 1 og 2 ikke påvirkede SID-1-dimerisering, cellelokalisering eller dsRNA-binding, men det forringede signifikant dsRNA-optagelsen i S2-celler og systemisk RNAi i C. elegans.

Desuden afslørede co-lokalisering, at SID-1 og dsRNA co-lokaliseres i vesikellignende subcellulære organeller. Baseret på disse resultater foreslår forskerne, at SID-1 fungerer som en dsRNA-receptor og letter efterfølgende dsRNA-internalisering ved at rekruttere endocytisk-relaterede proteiner via den lange loop.

Flere oplysninger: Jiangtao Zhang et al., Strukturel indsigt i dobbeltstrenget RNA-genkendelse og transport af SID-1, Nature Structural &Molecular Biology (2024). DOI:10.1038/s41594-024-01276-9

Journaloplysninger: Naturens strukturelle og molekylære biologi

Leveret af Chinese Academy of Sciences