得益于线虫的系统性RNAi特性，Andrew Fire和Craig Mello成功在线虫系统中揭示了双链RNA（dsRNA）引起RNAi的分子机制【1】，从而获得2006年诺贝尔生理或医学奖。随后，哈佛大学Craig Hunter教授团队在系统性RNAi领域做出了开创性的贡献：2002-2003年，哈佛大学Craig Hunter教授团队在Science上连续发表论文，证明跨膜蛋白SID1是线虫系统性RNAi所必需的核酸转运通道（channel）【2, 3】。SID1是dsRNA通道的这种主流认识随即持续了二十多年，虽然也有研究认为SID1家族不转运核酸【4】以及SID1家族是钠离子/核酸反转运蛋白【5】。SID1在人源中具有两个同源蛋白SIDT1/2，研究发现SIDT1/2也具有核酸转运特性【6】，因此，SIDT1/2作为开发基于RNA的疗法和药物的潜在靶点，受到越来越多的关注。SID1家族除了转运核酸的特性外，还在脂质代谢等生命过程中发挥重要作用【7】，这使得SID1家族的功能机制变得更加复杂。2023年，龚德顺/闫创业/陈佺合作首次报道了SID1家族的第一个结构，揭示SIDT2以二聚体形式存在，并不是之前认为的dsRNA通道，并首次证明SID1家族还是一类膜内脂质水解酶，为理解SID1家族结构与功能的关系提供了全新的视角【8】。遗憾的是，在低pH环境下，仍然没有看到加入的miRNA的密度【8】。因此，SID1家族识别和转运dsRNA的分子机制仍不清楚。2024年5月15日，龚德顺/闫创业/钱丹丹/丛野合作在Nucleic Acids Research上报道了线虫SID1蛋白单独存在以及与50bp-dsRNA复合物的结构，题为：Structural basis for double-stranded RNA recognition by SID1。结构分辨率均高达2.2埃，成功揭示了SID1识别dsRNA以及区分RNA和DNA的分子机制，并为揭示SID1家族转运核酸的作用机制提供了重要线索。图1 SID1单独存在以及与dsRNA复合物的结构通过结构分析发现，每一个SID1二体分子可以同时结合两个dsRNA分子，结合位点位于BRD1和BRD1的界面上，dsRNA几乎与膜平面平行（图1）。除了碱性残基与磷酸骨架之间广泛的离子相互作用外，dsRNA的2 ' -羟基与接触残基之间还形成了几个氢键，这解释了为什么SID1倾向结合dsRNA而不是dsDNA。此外，静电表面显示SID1上含有三个带正电的区域，且完美地贴合在dsRNA的三个大沟中。不同的是，人源SIDT1/2缺失这样的静电表面，这也解释了为什么人源SIDT1/2结合dsRNA的亲和力明显低于SID1，从而很难获得复合物的结构信息（图2）。基于结构，研究者们认为SID1也不是转运体（transporter），因为它几乎不可能通过alternating-access机制将不同长度的dsRNA转运通过细胞膜。有研究报道，SIDT2可以与接头蛋白复合物AP-1和AP-2相互作用，SIDT2还可以与载脂蛋白A1 (apoA1) 结合，促进apoA1在肝细胞中的分泌。此外，SID1的家族的脂质水解酶活性也可能在调节膜脂质，促进膜的分裂与融合中发挥重要作用。这些结果表明SID1家族可能作为dsRNA的受体，通过“受体介导的内吞”机制转运dsRNA进入细胞。总的来说，该研究为进一步揭示SID1家族转运核酸的分子机制提供了基础和线索。南开大学王润浩和清华大学丛野博士为论文共同第一作者，南开大学龚德顺研究员、清华大学闫创业教授、南开大学钱丹丹博士和清华大学丛野博士为论文共同通讯作者。原文链接：
https://doi.org/10.1093/nar/gkae395
制版人：十一
1. Fire, A. et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-11 (1998).2. Winston, W.M., Molodowitch, C. & Hunter, C.P. Systemic RNAi in C. elegans requires the putative transmembrane protein SID-1. Science 295, 2456-9 (2002).3. Feinberg, E.H. & Hunter, C.P. Transport of dsRNA into cells by the transmembrane protein SID-1. Science 301, 1545-7 (2003).4. Mendez-Acevedo, K.M., Valdes, V.J., Asanov, A. & Vaca, L. A novel family of mammalian transmembrane proteins involved in cholesterol transport. Sci Rep 7, 7450 (2017).5. Beck, A. et al. Identification of Sidt2 as a lysosomal cation-conducting protein. FEBS Lett 591, 76-87 (2017).6. Duxbury, M.S., Ashley, S.W. & Whang, E.E. RNA interference: a mammalian SID-1 homologue enhances siRNA uptake and gene silencing efficacy in human cells. Biochem Biophys Res Commun 331, 459-63 (2005).7. Chen, X., Gu, X. & Zhang, H. Sidt2 regulates hepatocellular lipid metabolism through autophagy. J Lipid Res 59, 404-415 (2018).8. Qian, D. et al. Structural insight into the human SID1 transmembrane family member 2 reveals its lipid hydrolytic activity. Nat Commun 14, 3568 (2023).
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