ヒトFragile X精神遅滞タンパク質のRNA結合特異性

RNA-Binding Specificity of the Human Fragile X Mental Retardation Protein.

• Youssi M Athar
• Simpson Joseph

抄録

脆弱性X症候群は、遺伝性知的障害の最も一般的な形態であり、神経細胞内の脆弱性X精神遅滞タンパク質（FMRP）の欠乏によって引き起こされます。FMRPは樹状突起シナプス内の多数のmRNAの翻訳を制御しているが、FMRPがこれらの標的mRNAをどのように認識しているのかは不明である。FMRPはKH0、KH1、KH2、RGGドメインを有しており、これらのドメインは特定のRNA認識エレメント（RRE）に結合すると考えられています。いくつかの研究では、FMRPがin vivoで結合する可能性のあるmRNA中の様々なRREを同定するために、ハイスループットな方法が用いられている。しかし、各研究で同定されたmRNAターゲットにはほとんど重複がなく、FMRPのRNA結合特異性はまだ不明であることを示唆している。RREに対するFMRPの特異性を決定するために、我々はヒトFMRPの様々な構築物を用いて定量的なin vitro RNA結合試験を行いました。意外なことに、我々の研究では、KHドメインは以前に同定されたRREに結合しないことが示された。FMRPのRNA結合特異性をさらに調べるために、KHドメインが結合した一本鎖RNA配列を同定するために、Motif Identification by Analysis of Simple sequences (MIDAS)と呼ばれる新しい方法を開発しました。その結果、FMRPのKH0, KH1, KH2ドメインは、一本鎖RNA配列には弱く結合することがわかり、より複雑なRNA構造に結合するために進化した可能性が示唆された。さらに、ヒトFMRPのRGGモチーフは、一本鎖ループ、二本鎖ステム、ジャンクションを欠いたRNAG-4重鎖構造に高い親和性で結合することを発見した。

Fragile X syndrome is the most common form of inherited intellectual disability and is caused by a deficiency of the fragile X mental retardation protein (FMRP) in neurons. FMRP regulates the translation of numerous mRNAs within dendritic synapses, but how FMRP recognizes these target mRNAs remains unknown. FMRP has KH0, KH1, KH2, and RGG domains, which are thought to bind to specific RNA recognition elements (RREs). Several studies used high-throughput methods to identify various RREs in mRNAs that FMRP may bind to in vivo. However, there is little overlap in the mRNA targets identified by each study, suggesting that the RNA-binding specificity of FMRP is still unknown. To determine the specificity of FMRP for the RREs, we performed quantitative in vitroRNA binding studies with various constructs of human FMRP. Unexpectedly, our studies show that the KH domains do not bind to the previously identified RREs. To further investigate the RNA-binding specificity of FMRP, we developed a new method called Motif Identification by Analysis of Simple sequences (MIDAS) to identify single-stranded RNA sequences bound by KH domains. We find that the FMRP KH0, KH1, and KH2 domains bind weakly to the single-stranded RNA sequences suggesting that they may have evolved to bind more complex RNA structures. Additionally, we find that the RGG motif of human FMRP binds with a high affinity to an RNAG-quadruplex structure that lacks single-stranded loops, double-stranded stems, or junctions.

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