Ученые выяснили, как SID-1 распознает двуцепочечную РНК и запускает системный РНК-интерференцию
РНК-интерференция (RNAi) — важный биологический процесс у червей, растений, грибов и многоклеточных животных, используемый для изучения функции генов и в терапевтических целях.
У нематоды Caenorhabditis elegans мультитрансмембранный белок SID-1 (systemic RNA interference defective protein 1) играет ключевую роль в поглощении и доставке двуцепочечной РНК (dsRNA) между клетками и тканями, что приводит к системной РНК-интерференции.
Два гомолога человеческого SID-1, SIDT1 и SIDT2, также вовлечены в транспорт РНК. Однако молекулярные механизмы, позволяющие SID-1 специфически отличать dsRNA от одноцепочечной РНК (ssRNA) и ДНК и облегчать последующий транспорт dsRNA между клетками, оставались неизвестными.
Группа доктора Чжан Цзянтао под руководством профессора Цзян Даохуа из Института физики Китайской академии наук, комбинируя крио-ЭМ, in vitro и in vivo эксперименты, продемонстрировала, как SID-1 специфически распознает dsRNA, и дала важные сведения о его интернализации. Работа опубликована в журнале Nature Structural & Molecular Biology.
Более двух десятилетий считалось, что SID-1 функционирует как канал для dsRNA. В данном исследовании ученые получили высокоразрешающие крио-ЭМ структуры SID-1 и его человеческих гомологов SIDT1 и SIDT2, выявив их консервативную архитектуру.
Гомологи SID-1 организованы в виде гомодимера. Неожиданно, димер SID-1 не показал очевидной поры в трансмембранном домене, что позволяет предположить, что SID-1 может не функционировать как канал для dsRNA. MST-анализ связывания подтвердил, что SID-1 может эффективно и специфично связываться с dsRNA, но не с ДНК.
Затем исследователи получили крио-ЭМ структуру комплекса SID-1–dsRNA, демонстрирующую детальный режим связывания dsRNA и молекулярные детерминанты, позволяющие SID-1 отличать dsRNA от ssRNA и ДНК.
Интересно, что такие детерминанты отсутствуют в человеческих SIDT1 и SIDT2. Структурные данные были подтверждены исследованиями мутагенеза с использованием MST-анализа связывания, поглощения dsRNA в клетках S2 и in vivo тестов на системную РНК-интерференцию.
Наконец, исследователи показали, что удаление длинной внутриклеточной петли между трансмембранными спиралями 1 и 2 не повлияло на димеризацию SID-1, клеточную локализацию или связывание dsRNA, но значительно нарушило поглощение dsRNA в клетках S2 и системную РНК-интерференцию у C. elegans.
Кроме того, ко-локализация показала, что SID-1 и dsRNA совместно располагаются в везикулоподобных субклеточных органеллах. На основе этих результатов исследователи предполагают, что SID-1 функционирует как рецептор dsRNA и способствует её последующей интернализации, рекрутируя белки, связанные с эндоцитозом, через длинную петлю.