RNA干扰（RNA interference，RNAi）是真核生物细胞内高度保守的，由长度为20-30nt的一段小RNA诱发的同源基因沉默现象。目前已经证明，RNAi在调节细胞增殖、生长、凋亡、代谢和抗病毒感染等基本生物过程中发挥着非常重要的作用。黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）体内的siRNA主要由Dicer2通过水解ATP剪切双链RNA（dsRNA）生成，在该过程中，Loqs-PD可以促进Dicer2对于dsRNA有效的剪切，而R2D2主要将剪切产物传递给Ago2，从而形成功能性的RNA诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）。以前研究已经报道了Loqs-PD、R2D2分别与Dicer2形成复合体的结构和功能，通过结构分析发现，Loqs-PD与R2D2在Dicer2具有不通的结合位置，这也暗示了Loqs-PD与R2D2可以同时影响Dicer2的功能。
2023年8月26日，复旦大学生命科学学院麻锦彪教授与清华大学生命科学学院王家博士在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上在线发表题为“R2D2和 Loqs-PD协同调节 DmDcr-2寡聚体的结构机制”（Structural mechanism of R2D2 and Loqs-PD synergistic modulation on DmDcr-2 oligomers）的研究论文。该工作发现Loqs-PD与R2D2可以与Dicer2形成稳定的三元复合物，并且在dsRNA和ATP存在的条件下形成寡聚体，并通过冷冻电镜技术揭示了该寡聚体的高分辨率结构，这对于更加深入理解果蝇体内RNA干扰通路具有重要意义。
为了模拟Dicer/R2D2/Loqs-PD分别与剪切底物和产物的相互作用方式，该研究工作分别报道了该蛋白复合物与50bp的dsRNA与19bp的siRNA duplex的结构，结构表明Dicer/R2D2/Loqs-PD可以与50bp的dsRNA可以形成RNA长度依赖的寡聚体；而与19bp的siRNA duplex形成了不依赖于RNA长度的更大的寡聚体，并且可以沿一维延伸生成类似RIGI-like receptors (RLRs)家族寡聚形成的弹簧形状的纤维。
图1 Dicer2/R2D2/Loqs-PD与不同长度的RNA均可以形成寡聚体
两种寡聚体都表现出了相似的排列方式。结构分析表明，R2D2的C端由一段α-螺旋和C端结构域组成，而且C端结构域的二级结构由α-β-β-β-α组成，这与dsRBDs具有相似的结构特征。此外，R2D2通过该区域与 Dicer2的 Hel2i亚结构域结合，其结合位置和结合方式与哺乳动物Dicer与TRBP结合方式一致。因此，可以推断 R2D2与TRBP功能具有相似性（图2A，B）。R2D2还包括一个独特的α-螺旋（这里称其为bridge-helix），在寡聚体中它连接了两个Dicer2单体，通过突变等分析表明这段序列对于寡聚体的稳定具有重要作用（图2C）。在寡聚体中的第一个Dicer2上可以同时看到R2D2和Loqs-PD的密度，这表明了它们对于Dicer2的功能并不相互排斥。然而，当形成寡聚体时，R2D2的bridge-helix可以占据邻近 Dicer2与 Loqs-PD的结合位置，从而抑制了Loqs-PD的结合（图2D）。这可能是 R2D2对于Loqs-PD功能抑制的一种新的形式。
图2 R2D2的结构特性及其对Loqs-PD的抑制作用
进一步的体内荧光实验可以看到Dicer/R2D2/Loqs-PD在细胞内可以共定位，但是由于分辨率限制，不能够看到是否在体内形成了纤维。该寡聚体允许剪切产物双链siRNA duplex完全装载到N端的解旋酶结构域中，这样可以在 Ago2不在附近时提供短暂的保护作用，从而免被降解。同时，寡聚体的形成通过 R2D2限制了 Loqs-PD的结合，从而寡聚体解聚时释放的 siRNA被大概率的加载到 R2D2上，然后再加载到 Ago2上，而不是被 Loqs-PD获取，并进一步传递给Dicer2。Dicer2蛋白N端的Helicase结构域与脊椎动物中具有先天免疫功能的RIGI-like receptors (RLRs)家族蛋白的Helicase高度同源，且Dicer2仍然保留了水解ATP的能力，这种寡聚方式也非常类似于RLRs，这也暗示了昆虫和脊椎动物对于外源核酸先天免疫机制的相似性。
复旦大学生命科学学院麻锦彪教授和清华大学生命科学学院王家博士为共同通讯作者；复旦大学邓婷和苏世晨博士为文章共同第一作者；清华大学生命科学学院王宏伟教授对本研究提供了重大支持和帮助；实验的电镜数据采集受到清华大学冷冻电镜平台的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40919-1