SID-1介導(dǎo)系統(tǒng)性RNA干擾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和核酸轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

  RNA干擾（RNA interference，RNAi）是雙鏈RNA（Double-stranded RNA，dsRNA）啟動(dòng)的序列特異性基因沉默的保守過(guò)程，被廣泛用作基因功能研究，潛在RNA治療和農(nóng)業(yè)害蟲防治的重要工具。RNAi最初在秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans，C. elegans）中發(fā)現(xiàn)的，隨后研究表明也廣泛存在于植物、真菌和后生動(dòng)物中。有趣的是，C. elegans存在系統(tǒng)性RNA干擾（Systemic RNAi），即基因沉默信號(hào)可以在細(xì)胞和組織間進(jìn)行傳遞。實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明在系統(tǒng)性RNA干擾缺陷（Systemic RNA interference defects，SID）位點(diǎn)中，跨膜蛋白SID-1對(duì)于dsRNA在細(xì)胞間的攝取和傳播是必不可少的。SID-1在大多數(shù)動(dòng)物中都有保守的同源物，其中人源同源蛋白SIDT1和SIDT2參與包括自噬、免疫反應(yīng)和代謝等多種生理過(guò)程，其失調(diào)或者突變可導(dǎo)致多種人類疾病。但SID-1家族蛋白結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)dsRNA的機(jī)制尚不清楚：（1）SID-1如何特異性識(shí)別dsRNA而非DNA；（2）“SID-1蛋白是dsRNA通道”假說(shuō)缺乏直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)；（3）SID-1蛋白介導(dǎo)dsRNA攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制也不清晰。

圖1. SID-1的整體結(jié)構(gòu)。a. SID-1，SIDT1和SIDT2蛋白結(jié)構(gòu)模型；b. SID-1/dsRNA復(fù)合物電鏡密度圖和結(jié)構(gòu)模型。

  通過(guò)單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了線蟲SID-1以及人源SIDT1和SIDT2蛋白高分辨率結(jié)構(gòu)（圖1a），發(fā)現(xiàn)SID-1以保守的同源二聚體形式存在，其二聚體形式和保守的Zn2?位點(diǎn)在SID-1介導(dǎo)的dsRNA攝取中起關(guān)鍵作用。研究人員進(jìn)一步解析了SID-1/dsRNA復(fù)合物結(jié)構(gòu)（圖1b），dsRNA結(jié)合在胞外區(qū)ECDI和ECDII結(jié)構(gòu)域之間，大約25bp長(zhǎng)度的dsRNA與ECD直接相互作用。dsRNA與SID-1的結(jié)合并沒(méi)有改變二聚體整體結(jié)構(gòu)，不具有任何明顯的溶劑可達(dá)通道，更沒(méi)有可供dsRNA通過(guò)的孔徑。因此，SID-1不是前人推測(cè)的dsRNA通道。此外，SID-1的 ECD三個(gè)正電區(qū)域I-III通過(guò)與dsRNA的磷酸基團(tuán)的靜電相互作用和dsRNA核糖2'-OH基團(tuán)形成的氫鍵將dsRNA牢牢“抓住”，解釋了SID-1蛋白特異性識(shí)別dsRNA而非dsDNA的匹配機(jī)制。

圖2. SID-1的dsRNA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。a. SID-1 TM1-2截短體的S2細(xì)胞dsRNA攝取實(shí)驗(yàn)； b. SID-1截短體系統(tǒng)性RNAi產(chǎn)生缺陷；c. Confocal共聚焦觀察SID-1蛋白與dsRNA的共定位；d. SID-1介導(dǎo)的系統(tǒng)性RNA干擾可能的內(nèi)吞工作模型。

  研究人員還探究了SID-1 的dsRNA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制（圖2）。SID-1的Loop TM1-2在dsRNA攝取和轉(zhuǎn)運(yùn)中起著關(guān)鍵作用。Confocal共定位發(fā)現(xiàn)SID-1和dsRNA共定位于類似囊泡顆粒的亞細(xì)胞器中，推測(cè)SID-1作為dsRNA的受體，識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞外dsRNA后，可能會(huì)進(jìn)一步形成囊泡等亞細(xì)胞器，以內(nèi)吞作用方式帶著dsRNA進(jìn)入細(xì)胞。結(jié)合dsRNA/SID-1復(fù)合物結(jié)構(gòu)以及dsRNA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的探究，最終提出了SID-1介導(dǎo)的系統(tǒng)性RNA干擾可能的工作模型。由于SID-1膜定位、對(duì)dsRNA的高特異性結(jié)合和囊泡內(nèi)吞等特點(diǎn)，SID-1可能成為RNAi藥物的載體，在RNA藥物靶向遞送技術(shù)如人工納米載體、外泌體等方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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