蛋白质研究团队破解PPR蛋白识别RNA碱基密码

南湖新闻网讯（通讯员 洪思行）2019年2月11日，Nucleic Acids Research在线发表了我校作物遗传改良国家重点实验室殷平教授解析PPR code的最新研究成果。成果论文以“Delineation of pentatricopeptide repeatcodes for target RNA prediction”为题，系统鉴定了PPR code和四种RNA碱基的对应识别关系，并以此为基础，开发了一个PPRCODE server（http://yinlab.hzau.edu.cn/pprcode），该网站可以预测PPR蛋白的重复单元，PPR code以及每一个重复单元和RNA碱基的潜在对应识别关系，为促进PPR蛋白靶标预测及其功能研究奠定了基础。

研究人员介绍，PPR蛋白在植物中是一类非常大的蛋白质家族，在拟南芥，水稻，玉米等植物中有400多个成员。其主要定位于植物线粒体和叶绿体中。PPR蛋白是一类RNA结合蛋白，广泛参与RNA各类代谢，包括RNA剪接，RNA编辑，RNA稳定性，翻译等。PPR蛋白由一系列重复单元组成；典型的P类型重复单元包含35个氨基酸，由一对反平行的螺旋构成。PPR蛋白和RNA的复合物结构揭示了每一个重复单元的第5和35位的氨基酸残基决定了RNA碱基识别的特异性，这两个位置的氨基酸组合也被称作是PPR code。在众多的天然PPR蛋白成员中，有大量的PPR重复单元。而在第5和35位各有20种氨基酸存在的可能性，因此在理论上天然PPR蛋白中有400种PPR code。目前，人们对PPR code的理解数量非常有限，只有7个PPR code对应的RNA碱基比较清楚，这限制了对PPR蛋白识别靶标RNA的预测以及PPR蛋白功能的研究。

为此，研究人员首先对65种陆生植物中P类型PPR重复单元的PPR code的分布频率进行了统计，选取其中62种分布频率高的PPR code进行系统的解析。通过天然PPR蛋白解析这些PPR code和RNA碱基的识别关系非常困难。该团队前期构思了一个人工设计PPR蛋白的策略并以此解析了PPR code识别RNA碱基的分子机制。然而，通过商业合成大量含有重复单元的PPR蛋白难度很大，非常耗时，而且成本高昂。为此，研究人员开发了一个高效的PPR蛋白模块化组装的方法，该方法可以高通量合成PPR蛋白模块，省时省力而且实验成本大大降低。基于此，组装了62个PPR蛋白模块，并进行了大量的表达纯化。然后通过凝胶阻滞实验系统筛选了这62个蛋白和四种RNA靶标的识别关系。并进一步通过等温滴定量热法对这62个蛋白和四种RNA靶标的亲和力进行了相对定量分析。综合以上结果，鉴定了这些PPR code和RNA碱基的对应识别关系。基于此，该团队开发了PPRCODE在线预测网站，其可以对PPR蛋白进行PPR重复单元分析，PPR code提取以及PPR重复单元对应RNA碱基的预测。

该研究由博士后闫俊杰、研究生姚垠颖作为论文共同第一作者，殷平教授作为论文通讯作者。校级蛋白质平台为该研究的开展提供了强有力的支持。该研究受到了科技部基金、国家自然科学基金、华中农业大学科技自主创新基金和人才启动基金、以及中国博士后基金的资助。闫俊杰博士特别鸣谢学校优秀博士后持续职业发展基金项目的支持。

据悉，这是殷平教授在解析植物PPR蛋白参与RNA代谢研究领域的系列工作。前期解析了玉米PPR10和RNA复合物结构（Yinet al., 2013, Nature; Li et al.,2014, Journal of Biological chemistry）；揭示PPRcode特异性识别RNA碱基的分子机制（Shenet al., 2015, Molecular Plant; Shenet al., 2016, Nature Communications）；揭示RNA编辑因子MORF蛋白调控PLS类型PPR蛋白对靶标RNA识别的分子机制（Yanet al., 2017, Nature Plants）。

文章链接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkz075/5314021

审核人：殷平