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C/D RNA是广泛存在于古菌和真核生物的一类古老的非编码RNA。它们与古菌中的三种蛋白质Nop5,L7Ae和fibrillarin(Fib)以及真核生物中的四种蛋白质Nop56,Nop58,Snu13和Fib结合以形成核糖核蛋白复合物(RNP)。大多数C/D RNP的功能是特异性的对核糖体rRNA和剪接体snRNA底物进行2’-氧甲基化修饰。少数真核生物中的C/D snoRNA在rRNA的加工和核糖体的组装过程中发挥作用。C/D RNA包含两个相似的部分——其末端C和D基序组成的K-turn结构,和其内部较为不保守的C’/D’基序组成的K-tum(也被称为K-loop)。位于C和D’基序之间及C’和D基序之间的两个间隔区(spacer)包含有向导区(guideRNA),向导区可以与底物RNA形成一段双链结构,并选择D/D’基序上游第5个碱基所对应的底物碱基进行甲基化修饰。以前解析了来源于古菌硫化叶菌(Su folobus so fataricus,Ss)的C/D RNP处于活性构象的晶体结构。该结构显示了单体C/D RNP的组织形式,一条C/D RNA通过其两侧的K-turn固定在Nop5二聚体的平台上。长度为10bp的向导底物双链(guide-substrateduplex)的两端被Nop5的C端结构域所限定。体外组装的古菌RNP也会形成二聚体形式,但二聚体的结构和生物学意义仍处于争论中。在RNA交换二聚体结构模型中,C/D RNA被认为连接两个分离的蛋白复合物,这和单体模型中C/DRNA结合一个Nop5二聚体的方式不同。本论文利用生化和晶体学手段研究了 C/DRNP的结构和工作机制。C/D RNA的间隔区长度是可变的,在真核生物中被认为可能与底物形成10-21 bp的双链。在以前解析的结构中,间隔区长度为12 nt,与底物形成10 bp的双链。但还不清楚C/DRNP如何容纳其他长度的间隔区和向导底物双链。本论文分析了在Ss RNP中间隔区和向导底物双链的长度变化对活性的影响。结果发现在低温下,延长向导底物双链会抑制甲基化活性。本论文也解析了具有13 nt间隔区的C/D RNP的晶体结构。尽管设计的间隔区与底物可以形成11 bp的双链,但是在结构中仅形成了 10 bp。这说明结合双链的蛋白质通道是刚性的,对向导底物双链的长度有严格的限制。数据显示,向导区在修饰过程中最多与底物形成10 bp的双链。略微短一些的双链也可以被修饰,但更长的双链必须部分解链后才能进入一定长度的蛋白通道完成修饰。间隔区短于12 nt会显著抑制活性,主要是由于其不能将底物加载到活性位点。若间隔区长于12 nt,未配对的区域会从C/C’基序端伸展到外侧。本论文的结果揭示了 C/D RNA的识别底物的新规则,也反驳了当前存在RNA交换的二聚体模型。本论文使用了嗜热毛壳菌(Chaetomium thermohilum,Ct)的重组蛋白首次在体外组装出具有特异催化活性的真核生物C/D RNP。组装出的Ct C/D RNP的甲基化功能具有位点特异性,且其活性的发挥需要Nop58和Nop56蛋白共同存在。延长向导底物双链会抑制活性,说明在真核生物中C/D RNP也最多识别10nt长度的底物。本论文发现不论在古菌还是真核生物中,C/D基序和C’/D’基序在功能发挥上都是相互独立的。C/D或C’/D’基序的突变或缺失只影响D或D’间隔区的活性。只具有一个K-turn结构的半体C/D RNA也具有功能。搜索果蝇和人的实验鉴定的C/D RNA数据发现了少量的半体RNA,在体外实验中也证实其中一个具有功能。半体C/D RNA很可能作为一类新的C/DRNA存在于生物体内。最后本论文发现,两个K-turn基序都被简单的RNA双链取代之后的C/DRNA与硫化叶菌Ss蛋白组装后也具有特异性的催化活性。这种不具有K-turn的C/D RNA可能代表了早期的甲基化向导区,暗示了 C/DRNA的进化起源。