许瑞明研究组在果蝇生殖发育

　　mRNA的时空定位是mRNA转录后调控的重要步骤之一，在生殖细胞发育以及身体非对称性的形成中发挥着重要作用。一个典型的例子是oskarmRNA的定位与翻译的位置决定了果蝇生殖质组装的位置。

　　oskarmRNA在滋养细胞中转录，并通过微管等细胞骨架运输到卵母细胞的后极。新转录的mRNA通常不翻译成蛋白质，原因之一是其3’-UTR部位会结合抑制因子形成无活性的RNP，只有输运到卵母细胞的后极通过激活因子的结合才起始翻译过程。Oskar蛋白在后极合成后，可进一步招募其它蛋白质和RNA，如Vasa, Tudor, Aubergine蛋白以及nanosmRNA等共同完成果蝇生殖质的组装和腹部发育。若人为地将oskarmRNA 移植到卵母细胞的前极，可诱导生殖细胞在前极产生。

　　关于Oskar mRNA的功能和定位机制的研究已有较多积累，但有关Oskar蛋白质的性质、及其在果蝇生殖细胞生成中的作用机制还不为人知。中国科学院生物物理所许瑞明研究组开展了Oskar蛋白质的结构与功能研究，分别解析了Oskar蛋白的N端（Osk-N）和C端（Osk-C）的晶体结构（图A, B）。结构分析与生化实验结果显示，Osk-C折叠为一个类似水解酶的结构，但是其预测的活性中心缺乏关键的催化残基，没有催化活性。更有意思的是，研究发现Osk-C具有体外结合RNA的能力，可结合oskar自身和nanos的mRNA3’-UTR区域（图C），这是第一次报道含有类似水解酶结构域的蛋白能与核酸结合。进一步又通过定点突变实验确定了Osk-C表面结合RNA的关键部位（图D）。而预测含有RNA结合结构域的Osk-N虽然折叠成经典的winged-helix核酸结合结构域，但体外未检测到其RNA结合活性。

　　这项工作从结构和功能两方面揭示了Oskar蛋白质的性质，包括二聚化的N端winged-helix结构域和可与RNA结合的C端类水解酶结构域。同时发现Oskar蛋白通过结合在相关mRNA的3’-UTR区域调节其翻译和定位的机制。这些发现对理解Oskar在果蝇生殖细胞生成中的功能具有重要意义。

　　此项研究工作于2015年8月31日在线发表在美国科学院院报（Proceedings of the National Academy of Sciences），文章题目是“Structural of Drosophila Oskar reveals a novel RNA binding protein”。

　　本项工作是中国科学院生物物理研究所许瑞明研究组与美国纽约大学Skirball研究所Ruth Lehmann课题组合作研究的成果。两个课题组之前在果蝇生殖细胞发育的另一个重要蛋白Tudor的合作研究中取得了很好的成果（Genes & Dev. 2010; Cell Res. 2014）。

　　本研究得到了国家自然科学基金委、科技部973计划以及中科院战略性先导科技专项（B类）等的资助。文章的第一作者和共通讯作者杨娜研究员获得了中国科学院青年创新促进会的资助。郁珍瑜助理研究员和本科生胡梦龙（现在香港大学就读）是该文章的共同第一作者。

　　文章链接

　　图例：Osk-N和Osk-C的晶体结构以及Osk-C与相关mRNA的3’-UTR的结合。(A). Osk-N二聚体的结构；(B). Osk-C的结构；(C). Osk-C结合相关mRNA的3’-UTR(D)； (D). Osk-C表面与RNA结合的关键部位。

　　供稿：许瑞明组 郁珍瑜