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剪接体蛋白 hPrp31 双重结合 U4 和 U4atac snRNA 的结构基础。

Structural basis for the dual U4 and U4atac snRNA-binding specificity of spliceosomal protein hPrp31.

机构信息

Freie Universität Berlin, Fachbereich Biologie/Chemie/Pharmazie, Abteilung Strukturbiochemie, Takustraße 6, D-14195 Berlin, Germany.

出版信息

RNA. 2011 Sep;17(9):1655-63. doi: 10.1261/rna.2690611. Epub 2011 Jul 22.

Abstract

Human proteins 15.5K and hPrp31 are components of the major spliceosomal U4 snRNP and of the minor spliceosomal U4atac snRNP. The two proteins bind to related 5'-stem loops (5'SLs) of the U4 and U4atac snRNAs in a strictly sequential fashion. The primary binding 15.5K protein binds at K-turns that exhibit identical sequences in the two snRNAs. However, RNA sequences contacted by the secondary binding hPrp31 differ in U4 and U4atac snRNAs, and the mechanism by which hPrp31 achieves its dual specificity is presently unknown. We show by crystal structure analysis that the capping pentaloops of the U4 and U4atac 5'SLs adopt different structures in the ternary hPrp31-15.5K-snRNA complexes. In U4atac snRNA, a noncanonical base pair forms across the pentaloop, based on which the RNA establishes more intimate interactions with hPrp31 compared with U4 snRNA. Stacking of hPrp31-His270 on the noncanonical base pair at the base of the U4atac pentaloop recapitulates intramolecular stabilizing principles known from the UUCG and GNRA families of RNA tetraloops. Rational mutagenesis corroborated the importance of the noncanonical base pair and the U4atac-specific hPrp31-RNA interactions for complex stability. The more extensive hPrp31-U4atac snRNA interactions are in line with a higher stability of the U4atac compared with the U4-based ternary complex seen in gel-shift assays, which may explain how U4atac snRNA can compete with the more abundant U4 snRNA for the same protein partners in vivo.

摘要

人类蛋白 15.5K 和 hPrp31 是主要剪接体 U4 snRNP 和次要剪接体 U4atac snRNP 的组成部分。这两种蛋白质以严格的顺序结合到 U4 和 U4atac snRNA 的相关 5'-茎环(5'SL)上。初级结合的 15.5K 蛋白结合在 K-转角上,这些 K-转角在两个 snRNA 中具有相同的序列。然而,次级结合的 hPrp31 与 U4 和 U4atac snRNA 结合的 RNA 序列不同,hPrp31 实现双重特异性的机制目前尚不清楚。我们通过晶体结构分析表明,U4 和 U4atac 5'SL 的帽 pentaloops 在 hPrp31-15.5K-snRNA 三元复合物中采用不同的结构。在 U4atac snRNA 中,一个非典型碱基对跨越 pentaloop 形成,基于此,RNA 与 hPrp31 建立了比 U4 snRNA 更紧密的相互作用。hPrp31-His270 在 U4atac pentaloop 底部的非典型碱基对上的堆积再现了从 UUCG 和 GNRA 家族 RNA 四链体中已知的分子内稳定原则。合理的突变分析证实了非典型碱基对和 U4atac 特异性 hPrp31-RNA 相互作用对复合物稳定性的重要性。与凝胶迁移分析中所见的基于 U4 的三元复合物相比,U4atac 与 hPrp31 的相互作用更为广泛,这与 U4atac snRNA 的稳定性更高一致,这可能解释了为什么 U4atac snRNA 可以与更丰富的 U4 snRNA 竞争体内相同的蛋白质伴侣。

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