人類Argonaute2的蛋白質結構

論文：Schirle, N. T. & MacRae, I. J.. The crystal structure of human Argonaute2. Science 336, 1037–1040 (2012).

報告者：謝欣倍          時間：13:10~14:00, Oct. 3, 2012

講評老師：鄭文義 老師          地點：Room 601

摘要：

生物體中要將DNA轉譯成蛋白質之前會先將訊息RNA經過修飾，藉此決定基因片段是否進行表現並轉譯成蛋白質(RNA silencing)，而這項工作主要是藉著RNA-induced silencing complex (RISC)所執行，在整個RISC中又以Argonaute (Ago)這個蛋白質最為重要，不同物種間存在者不同數目的Ago蛋白例如在人類體內存在著8而果蠅則有26種。截至這篇paper之前對於Ago結構的研究只侷限於原核生物體內的Ago蛋白，這篇paper成功在解析度達2.3 Å的情況下將人類(真核生物)的Ago2蛋白結構解出，首先就結構來看可以發現真核生物的Ago2蛋白也是以”雙葉片” (葉片1由N-L1-PAZ-L2 domain所組成；而葉片2則由MID-PIWI domain所組成)的形式存在而葉片間有一條縫隙(圖1)。從結構所得到的資訊還包含有1.大部分與RNA作用的都是屬於芳香族或是疏水性的氨基酸。2.與DNA相比雖然RNA在二號碳的位置多了一個氧原子，但這個氧原子對於穩定RNA 和Ago2之間的作用沒有顯著影響。3. I365這個胺基酸在Ago2要執行RNA silencing時會插入第六和第七個胺基酸之間造成領導RNA (guide RNA)構形改變(破壞原本的A-form構形)，並藉由這個方式降低在RNA silencing過程中能量的損耗(圖2)。4.初步的辨識出Ago2和另一個蛋白質GW protein結合作用的區塊。雖然可以從Ago2蛋白結構得到許多資訊，但仍有許多未解議題仍待科學家們研究、解答，例如：當Ago2蛋白與目標RNA (target RNA)結合時會不會再次產生構形的改變? Ago2蛋白和其他共同作用蛋白是如何結合並產生功用的呢?綜觀這篇paper提供給我們初步對於真核生物Ago蛋白的結構資訊，並根據結構資訊解開對於RNA silencing過程中許多的未解之謎，也提供了未來藥物發展的基礎。

圖2. a. Ago2和領導RNA(紅)結合時第365個胺基酸插入領導RNA第6和第7個和酸間，改變了領導RNA原有構形，藉此方式降低作用時消耗的能量。b. 利用現有資料庫進行領導RNA構形比對，發現在Ago2和領導RNA結合後領導RNA不在以原有的A-form構形存在。

參考資料：

1.      Hutvagner, G. & Simard, M. J. Argonaute proteins: key players in RNA silencing. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9, 22-32 (2008).

2.      Hock, J. & Meister, G. The Argonaute protein family. Genome Biol. 9, 210 (2008).

3.      Sasaki, H. M. & Tomari, Y. The true core of RNA silencing revealed. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 657-660 (2012).