鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究进展

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究进展范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

rna聚合酶ii是真核生物中最活跃最复杂的RNA聚合酶之一，具有非常重要的生物学功能，而鹅膏（Amanita）毒肽对其活性具有专一的高抑制性，这使鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究尤为重要。鉴于国内对鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究薄弱，笔者从鹅膏毒肽活性位点的确定、两者相互作用方式、抑制机理及抑制能力等方面进行总结，以期为两者的深入研究提供参考。

鹅膏毒肽； RNA聚合酶II； 晶体结构； 抑制性

RNA聚合酶是以DNA为模板合成RNA所必须的生物催化剂［1］。RNA聚合酶的发现为阐明RNA的合成过程奠定了基础，是研究基因转录和转录调控的里程碑。早在1969年，人类就已经认识到真核生物中存在三种RNA聚合酶，分别为RNA聚合酶I、RNA聚合酶II和RNA聚合酶III［2］。RNA聚合酶II被认为是真核生物中最活跃、最复杂的RNA聚合酶之一，它主要负责转录生成hnRNA和mRNA，对生物的多样性及生命的存在具有重要意义［3, 4］。

鹅膏（Amanita）毒肽是一类致命的蘑菇毒素，由于其具有专一抑制RNA聚合酶II的特点，使得鹅膏毒肽的研究在分子生物学、细胞生物学、发育生物学、医学生物学等研究领域都极为重要［5］。比如，鹅膏毒肽通过与肿瘤中RNA聚合酶II特异性结合可以抑制肿瘤中RNA的合成，进而抑制蛋白质的合成，最终达到抑制肿瘤细胞生长的目的，因此鹅膏毒肽具有诱人的药用价值［6, 7］，它与RNA聚合酶II的相互作用机制的深入研究具有重要意义。已经发现的9种鹅膏毒肽见表1(pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/search/search.cgi)，其中α－鹅膏毒肽

的研究最多而且比较深入，因此对于鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究通常以α－鹅膏毒肽为例来探讨。

鹅膏毒肽的结构如图1所示［5］。

图1 鹅膏毒肽的骨架结构(双环八肽)

Fig. 1 Structure of amanitin

1 鹅膏毒肽与RNA聚合酶II结合位点

经过近半个世纪的努力，生物学家们已经对鹅膏毒肽与RNA聚合酶II的相互作用机制进行了深入的研究，取得了一系列重要的进展。 KORNBERG教授等利用X-射线晶体学方法对一系列RNA聚合酶II及其与DNA、RNA、核苷酸的复合体的晶体结构进行了解析，先后完成了数个晶体结构的测定［8-14］，并于2001年完成了分辨率为3.3 的RNA聚合酶II转录复合体的结构分析［10］，这一研究成果使人们第一次观察到在RNA转录过程中RNA聚合酶II选择正确的核苷酸，进而合成新的RNA，然后从转录复合体中释放这一复杂的生物学过程。KORNBERG课题组在获得RNA聚合酶II转录复合体结构的同时，对于鹅膏毒肽与RNA聚合酶II特异性结合的研究也获得了突破，第一次从酶的表面电荷分布和酶各个单体的分布得出了鹅膏毒肽在RNA聚合酶II中结合位点的大置［10］。这种晶体结构的研究虽然没有解析出鹅膏毒肽的结构和确切的结合位置，但已经阐明了鹅膏毒肽在RNA聚合酶II上的特异性结合。这些工作的完成为最终阐明真核基因的转录调控机制做出了巨大的贡献。

对于鹅膏毒肽抑制RNA聚合酶II活性的研究仍然是KORNBERG教授等人在2002年完成的［11］，通过测定10个单体的酵母RNA聚合酶II（分辨率2.8 ）的结构，揭示了体系结构和酶的关键的功能性间的密切联系，KORNBERG教授也因此获得了2006年的诺贝尔化学奖，这一研究从真正意义上获得了鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相结合的晶体结构，并且通过解析得到了鹅膏毒肽的结构及其结合位点，将鹅膏毒肽对RNA聚合酶II活性的抑制表现出来。RNA聚合酶II中的两个最大的单体Rpb1和Rpb2位于中心，其它小的单体排列在核酸结合裂缝的周围外侧。该研究还对α-鹅膏毒肽的晶体结构进行细化处理得到了其立体构象，得出了α-鹅膏毒肽与RNA聚合酶II的结合位点：位于桥螺旋附近并伸展通过Rpb1和Rpb2单体之间的裂缝，在一个漏斗形状的空穴中(封三图2)。与α-鹅膏毒肽相互作用的氨基酸残基大部分位于桥螺旋和Rpb1与Rpb2间的狭缝中，α-鹅膏毒肽与这些残基间存在强的相互作用。

张 蕊，等：鹅膏毒肽与RNA聚合酶II相互作用的研究进展

2 RNA聚合酶II与鹅膏毒肽间的相互作用方式

虽然上文中已经初步获知鹅膏毒肽的结合位置，但详细的相互作用方式以及鹅膏毒肽对RNA聚合酶II的抑制作用是如何实现的还没有揭示出来。

在2008年前对于RNA聚合酶II晶体结构的研究，认为RNA聚合酶II主要分为两个状态，也就是DNA前-易位(pre-translocation )状态［10］和DNA后-易位(post-translocation)状态［15, 16］，这些结构没有易位机理方面的信息，因为尽管核酸的结合可以在前-或者后-易位构象时进行，但如何从前-易位状态转化到后-易位状态这一过程还不清晰。

而且以上这些前-易位和后-易位的晶体结构没能从晶体学的角度直接阐释由于鹅膏毒肽的结合而抑制RNA聚合酶II中RNA的合成及易位，直到2008年CRAMER实验室获得了DNA前-易位和后-易位之间的一个中间状态［17］。同年KORNBERG课题组也对RNA聚合酶II进行了更加细致的研究［13］，发现在底物选择中触发环具有重要功能，进而发现了Rpb1单体中氨基酸残基His1085(触发环上)的重要作用。触发环与鹅膏毒肽有密切的相互作用，包括极性的和非极性的相互作用（封三图3）［17］。这些重要结论也与CRAMER等获得的结果相一致。由此修正了之前鹅膏毒肽与RNA聚合酶II间的结合模式［11］，进一步完善了鹅膏毒肽的活性位点及其对RNA聚合酶II的抑制作用的阐释。

2008年CRAMER实验室为发现核酸在转录复合体晶体中的易位状态（前句的在是否多余？还是说核酸和酶一样有易位状态？RNA聚合酶II的功能就是由核酸来合成mRNA的，在复合体中存在核酸），将带有5-溴尿嘧啶杂合体的DNA模板链进行标记，并通过不规则衍射测定转录复合体中有5-溴尿嘧啶标记的DNA模板链中的溴位置。该结构较之以前完整RNA聚合酶II转录复合体的结构更加精细地揭示构象变化。据观察只有在7.8 σ高度的一个单溴高峰，清楚的揭示了杂合体的后易位记录。杂合体、下游整个DNA，α-鹅膏毒肽和先前混乱的触发环的N端区域都呈现了强大的无偏差电子密度。