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Nibbler 对 microRNA 3'-端修剪的结构-功能分析。

Structure-function analysis of microRNA 3'-end trimming by Nibbler.

机构信息

Structural Biology Program, Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, New York, NY 10065.

Institute of Molecular Biotechnology, Vienna BioCenter, 1030 Vienna, Austria.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Dec 1;117(48):30370-30379. doi: 10.1073/pnas.2018156117. Epub 2020 Nov 16.

Abstract

Nibbler (Nbr) is a 3'-to-5' exoribonuclease whose catalytic 3'-end trimming activity impacts microRNA (miRNA) and PIWI-interacting RNA (piRNA) biogenesis. Here, we report on structural and functional studies to decipher the contributions of Nbr's N-terminal domain (NTD) and exonucleolytic domain (EXO) in miRNA 3'-end trimming. We have solved the crystal structures of the NTD core and EXO domains of Nbr, both in the apo-state. The NTD-core domain of Nbr adopts a HEAT-like repeat scaffold with basic patches constituting an RNA-binding surface exhibiting a preference for binding double-strand RNA (dsRNA) over single-strand RNA (ssRNA). Structure-guided functional assays in S2 cells confirmed a principal role of the NTD in exonucleolytic miRNA trimming, which depends on basic surface patches. Gain-of-function experiments revealed a potential role of the NTD in recruiting Nbr to Argonaute-bound small RNA substrates. The EXO domain of and Nbr adopt a mixed α/β-scaffold with a deep pocket lined by a DEDDy catalytic cleavage motif. We demonstrate that Nbr's EXO domain exhibits Mn-dependent ssRNA-specific 3'-to-5' exoribonuclease activity. Modeling of a 3' terminal Uridine into the catalytic pocket of Nbr EXO indicates that 2'--methylation of the 3'-U would result in a steric clash with a tryptophan side chain, suggesting that 2'--methylation protects small RNAs from Nbr-mediated trimming. Overall, our data establish that Nbr requires its NTD as a substrate recruitment platform to execute exonucleolytic miRNA maturation, catalyzed by the ribonuclease EXO domain.

摘要

Nibbler(Nbr)是一种 3'-5'核酸外切酶,其催化 3'末端修剪活性影响 microRNA(miRNA)和 PIWI 相互作用 RNA(piRNA)的生物发生。在这里,我们报告了结构和功能研究,以破译 Nbr 的 N 端结构域(NTD)和核酸外切酶结构域(EXO)在 miRNA 3'末端修剪中的贡献。我们已经解决了 Nbr 的 NTD 核心和 EXO 结构域的晶体结构,两者均处于无配体状态。Nbr 的 NTD-core 结构域采用 HEAT 样重复支架,碱性斑块构成 RNA 结合表面,表现出对双链 RNA(dsRNA)比对单链 RNA(ssRNA)的偏好。在 S2 细胞中的结构指导功能测定证实了 NTD 在依赖碱性表面斑块的外切核酸酶 miRNA 修剪中的主要作用。功能获得实验表明,NTD 可能在将 Nbr 募集到 Argonaute 结合的小 RNA 底物中发挥作用。和 Nbr 的 EXO 结构域采用混合的 α/β 支架,具有由 DEDDy 催化裂解基序排列的深口袋。我们证明了 Nbr 的 EXO 结构域具有 Mn 依赖性 ssRNA 特异性 3'-5'核酸外切酶活性。将 3'末端尿嘧啶核苷建模到 Nbr EXO 的催化口袋中表明,3'-U 的 2'-O-甲基化会与色氨酸侧链发生空间冲突,这表明 2'-O-甲基化可防止小 RNA 被 Nbr 介导的修剪。总体而言,我们的数据表明,Nbr 需要其 NTD 作为底物募集平台来执行由核糖核酸酶 EXO 结构域催化的外切核酸酶 miRNA 成熟。

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