撰文|一只魚

miRNA 與Argonaute （ AGO ）蛋白結(jié)合形成復(fù)合物 ，并 與靶 RNA 配對，AGO提供效應(yīng)功能 降解靶RNA ，同時也保護miRNA免受核酸酶的攻擊 。許多 miRNA通過靶向miRNA降解 （ TDMD ） 這一高度選擇性的機制被調(diào)控 ， 該過程由 trigger RNA 結(jié)合AGO-miRNA復(fù)合物啟動，進而募集 ZSWIM8-CUL3 E3連接酶復(fù)合物，通過多聚泛素化途徑降解AGO蛋白及其結(jié)合的miRNA。然而ZSWIM8如何精準識別數(shù)量極少的觸發(fā)結(jié)合型復(fù)合物 仍不清楚。

近日，來自 美國Whitehead研究所的 David P. Bartel 研究團隊 在 Nature 上 發(fā)表題為 The E3 ubiquitin ligase mechanism specifying targeted microRNA degradation 的 文章， 發(fā)現(xiàn) ZSWIM8–CUL3 E3連接酶介導(dǎo)的AGO結(jié)合與多聚泛素化是TDMD的關(guān)鍵調(diào)控步驟，并由此定義了一類獨特的cullin–RING E3連接酶。冷凍電鏡分析顯示，ZSWIM8能夠識別由miRNA與 trigger RNA配對所形成的獨特AGO和RNA構(gòu)象。AGO泛素化的特異性是通過RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用建立的 ，這種 被E3連接酶識別的底物特征并不符合傳統(tǒng)的降解決定子模式，而是建立了一種雙RNA雙重認證機制來指定蛋白質(zhì)泛素化底物。

盡管 已有 遺傳和分子證據(jù)支持 TDMD 的E3模型 ， 但TDMD-competent AGO的泛素化尚未報道 。研究人員 首先建立了體外泛素化體系，證實AGO2僅在結(jié)合 trigger RNA時才能被ZSWIM8-CUL3-ARIH1 E3連接酶復(fù)合物高效多聚泛素化，且該過程嚴格依賴 trigger RNA與miRNA的3′區(qū)配對。免疫共沉淀實驗表明， ZSWIM8對觸發(fā)結(jié)合型AGO2復(fù)合物的親和力較僅種子區(qū)配對復(fù)合物 更高 ，且這種選擇性需要 trigger RNA側(cè)翼序列的參與 。

接下來他們利用 冷凍電鏡結(jié)構(gòu)揭示了這一選擇性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) ， ZSWIM8形成獨特的不對稱二聚體，通過其“TDMD傳感器”結(jié)構(gòu)域?qū)GO2-miR-7-CYRANO復(fù)合物實現(xiàn)多價識別。其中一個原聚體識別AGO2的PAZ和N 端 結(jié)構(gòu)域，另一個則結(jié)合MID結(jié)構(gòu)域，形成夾鉗式構(gòu)型。 觸發(fā)RNA通過其內(nèi)部環(huán)誘導(dǎo)miRNA-觸發(fā)雙鏈體產(chǎn)生40°彎曲，使miRNA 3′端從PAZ結(jié)構(gòu)域口袋中釋放 ，同時改變遠端RNA螺旋的走向 ， 這種構(gòu)象重塑是ZSWIM8識別的關(guān)鍵。 ZSWIM8的TDMD傳感元件插入空置的PAZ口袋，同時 RNA結(jié)合元件（ RBE ） 1-3與 trigger RNA側(cè)翼序列發(fā)生廣泛的靜電相互作用 。 trigger RNA的5′和3′側(cè)翼序列分別包裹兩個ZSWIM8原聚體，形成交叉支撐結(jié)構(gòu)。功能實驗證實，破壞PAZ口袋空置狀態(tài)、改變 trigger RNA內(nèi)部環(huán)長度或刪除側(cè)翼序列， 都會 嚴重削弱ZSWIM8的結(jié)合與泛素化活性。

此外， ZSWIM8的二聚化對其功能至關(guān)重要 ， 破壞二聚化的單體突變體在體外和細胞內(nèi)均喪失TDMD活性。ZSWIM8通過其獨特的BC-cullin-box與CUL3偶聯(lián)，CUL3的N端尾部錨定于ZSWIM8的SWIM腰帶區(qū)域，這一相互作用模式定義了新的CRL E3連接酶亞類。

值得注意的是 ，含有天然截短miRNA的AGO2復(fù)合物也能被ZSWIM8一定程度地識別，提示該E3連接酶可能具有更廣泛的生理功能 ， 清除因3′端過度修剪而可能受損的miRNA-AGO復(fù)合物。

總的來說，這項研究 揭示了 miRNA- trigger RNA通過形成特征性的配對構(gòu)象，一方面釋放miRNA 3′端空出PAZ口袋，另一方面重塑雙鏈體走向使側(cè)翼RNA得以結(jié)合ZSWIM8的多個正電荷表面，使ZSWIM8能夠精準識別觸發(fā)結(jié)合型復(fù)合物 。 該機制 不僅闡釋了TDMD選擇性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為理解泛素-蛋白酶體系統(tǒng)如何通過RNA分子實現(xiàn)底物特異性提供了新范式。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10232-0

制版人：十一

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