三角形五肽重复蛋白研究进展黄俊然黄文超摘要：三角形五肽重复（PPR）蛋白是植物中一个庞大的蛋白家族，能够从RNA剪切、编辑、降解和翻译等多个方面影响细胞器中RNA的新陈代谢，PPR蛋白由连续的PPR基序构成，蛋白呈右手螺旋结构，具有与RNA单链结合的能力。随着研究的深入，人工设计合成PPR蛋白技术已经成熟，PPR蛋白与RNA结合的规律已较为清晰，人工PPR蛋白有望被开发成为细胞器中介导RNA调控的新型生物技术。关键词：三角形五肽重复蛋白;RNA单链结合;细胞器RNA调控：Q74：A：0439-8114（2018）23-0019-05DOI：10.14088/jki.issn0439-8114.2018.23.004开放科学（资源服务）标识码（OSID）：PPR（Pentatricopeptide-repeat）蛋白即三角形五肽重复蛋白广泛存在于植物中，在拟南芥中约有450个PPR基因，在水稻中约有430个。PPR蛋白从RNA剪切、编辑、降解和翻译等多个方面影响细胞器中RNA的新陈代谢[1，2]。PPR蛋白由2～30个连续的PPR基序构成，每一个典型的PPR基序包含35个残基，形成两个反向平行的α螺旋组成的发卡结构[3]。PPR蛋白分为两个亚家族：其中一个是P家族，它的所有PPR基序都由35个氨基酸组成，另一个是PLS家族，与P家族的区别在于它的基序由31～36个氨基酸构成，并且在其碳端还会有额外的结构域：E，E+以及DYW结构域[1]。对拟南芥中的PPR蛋白进行分析和归类，发现含有E，E+及DYW的PPR蛋白分别为191、145及87个。碳端的这些保守结构域的排列是有一定规律的，在其PPR基序的后面首先会接一个E结构域。而E+结构域必须是在E结构域之后，DYW结构域一般出现在E+结构域之后[4]。1PPR蛋白结构呈右手螺旋状对拟南芥的PPR蛋白THA8L（thylakoidassembly8-lke）进行蛋白结晶和晶体结构解析。THA8L蛋白，在叶绿体类囊体膜的生物进程中，参与特定的二类内含子的剪接。THA8L编码一个PLS家族蛋白，它由3个P型基序及两侧的L基序与S基序组成。THA8L的蛋白晶体显示，THA8L由11个α螺旋组成。而前10个螺旋主要有5个PPR基序形成，最后一个小的螺旋有助于保护前面PPR基序的10个螺旋结构。THA8L-RNA的复合体结构显示，THA8L是以二聚体的形式与其RNA底物进行结合[5]。对PPR10的晶体结构研究显示，每个PPR基序的35个氨基酸形成一对近似反向平行的α螺旋，每个α螺旋都有4个螺旋转角，两个α螺旋之間由两个氨基酸形成的转角相连。单个PPR10蛋白由连续的发卡型PPR基序扭转排列而呈右手螺旋结构，两个PPR10能够以反向平行的方式形成同源的二聚体，一个PPR10的氮端与另一个PPR10的碳端临近，形成一个纵向为70？魡，横向为140？魡的椭圆形构造。每分子的同源二聚体结合两分子的psaJRNA。在与psaJRNA结合时，蛋白结构会稍微改变，氮端和碳端向中心压缩，轴向减少20？魡的距离，这一结构上的改变使中间呈现中空的圆筒状结构，以适应与单链RNA的结合。从结构研究中还发现，PPR10与psaJRNA的结合从蛋白的第三个PPR基序开始[6]。对拟南芥定PRORP（protein-onlyRNaseP）的晶体结构研究。PRORP1定位在线粒体中，其包含了PPR结构域、锌结合结构域和典型的金属核酸酶结构域。PRORP1蛋白呈“V”型，两个臂（长度各约70？魡）形成约56°的夹角，第一个臂包含了5.5个PPR基序，以11个α螺旋的形式存在于此蛋白的氮端，第二个臂为平行的β折叠两侧伴以α螺旋，两个臂相汇的中心区域由反向平行的β折叠构成。仅在植物的PRORP1中发现，第一个臂的PPR结构域与中心区域的β折叠之间有一段32个残基的插入，形成链-螺旋-链的结构，这一带正电荷的结构以疏水键的方式与PPR结构域相互作用，以离子键的方式与中央结构相互作用，促进PPR结构域和金属核酸酶结构域的协调，使其发挥最佳的催化活性。与所有的PPR基序结构类似，PRORP1中连续的PPR基序也形成了右手超螺旋的结构，在蛋白中成了一个内凹面，面向金属核酸酶的活性位点[7]。2PPR蛋白影响目的RNA代谢PPR蛋白被认为从维持稳定性，编辑和剪切等多个方面影响细胞器中RNA的新陈代谢。许多P家族的PPR蛋白具有RNA结合能力，并且在其碳端不具有其他的功能结构域，这样的PPR蛋白多是起到协助RNA修饰，维持RNA稳定或者促进其翻译的作用。LRPPRC是人体中已知的7个PPR蛋白之一，属于P型...