科学家揭示神经系统疾病的致病机理

中国科学技术大学生命科学与医学部教授许超、张凯铭与西班牙分子生物学中心教授Encarna Martínez-Salas合作，利用单颗粒冷冻电镜技术解析了人源Gemin5基因产物羧基端结构域的三维结构——十聚体，揭示了Gemin5羧基端结合mRNA并调控其翻译的分子机制。研究结果发现，Gemin5羧基端发生突变导致其十聚体结构破坏，是引发神经系统疾病的重要原因。相关成果9月2日在线发表于《自然-通讯》。

Gemin5 羧基端十聚体冷冻电镜结构及其调控mRNA翻译的分子机制示意图  中国科大供图

Gemin5最早在运动神经元存活(SMN) 复合体中被发现，是SMN复合物中最大的亚基，其基因缺陷导致神经系统疾病的发生。

许超解释说，“Gemin5的两个部分分别通过结合不同类型的RNA来执行不同的生物学功能。前一部分结构与RNA剪切相关，后一部分的结构则与RNA翻译功能有关。”

2016年，许超课题组揭示了Gemin5氨基端WD40结构域识别小核RNA（snRNA）的机制。“但Gemin5另外一半结构到底是什么样？它的基因突变又是如何导致神经系统疾病产生，一直都不清楚。”许超说。

此次研究中，课题组人员利用冷冻电镜技术解析了Gemin5羧基端的三维结构，发现Gemin5羧基端通过疏水作用形成十聚体。许超说，“这种由双五聚体组成十聚体的结构在RNA结合蛋白质中还属首次发现。”

研究还发现，Gemin5羧基端十聚体形成对结合mRNA是必需的；G5C十聚体通过带正点的表面与带负电的RNA以静电方式相互作用。

“简单来说，人体内的Gemin5基因发生突变，如果导致Gemin5十聚体被破坏或者静电表面不存在了，就不能再结合RNA，这样就损害了Gemin5调控神经发育的功能，从而导致神经系统疾病的发生。”许超进一步分析说。

此次工作为进一步研究Gemin5缺陷导致神经系统疾病的机理，以及Gemin5独立于SMN复合物的生物学功能提供了结构基础。

审稿人认为，“这个结构非常有趣，他们分析了导致疾病发生的基因突变，并且通过突变实验支持结论。”“整体而言，这个电镜结构具有很高的质量，这些结果对于RNA领域的研究人员具有重要意义。”