哺乳類のGLD-2タンパク質の構造から、mRNAおよびマイクロRNA処理における機能の多様性の分子基盤が明らかになった

Structures of mammalian GLD-2 proteins reveal molecular basis of their functional diversity in mRNA and microRNA processing.

• Xiao-Yan Ma
• Hong Zhang
• Jian-Xiong Feng
• Jia-Li Hu
• Bing Yu
• Li Luo
• Yu-Lu Cao
• Shuang Liao
• Jichang Wang
• Song Gao

抄録

細胞内のRNA転写物の安定性と処理は、ポリ(A)ポリメラーゼ(PAP)を含む様々なヌクレオチド転移酵素によって触媒される単一または複数のヌクレオチドの非意図的な付加を介して効率的に制御されています。生殖細胞発生不全2(GLD-2)は、Caenorhabditis elegansやXenopusなどのメタゾアンにおいて、生殖細胞特異的なmRNAの翻訳を促進する細胞質非カノニカルPAPとして初めて報告されたものである。一方、哺乳類のGLD-2は、特定のmicroRNAのモノアデニル化を含む、より多様な機能を持っていると考えられています。哺乳類と非哺乳類のGLD-2タンパク質の違いを支える構造的基盤を理解するために、我々は2つのげっ歯類GLD-2の結晶構造を決定した。線虫のGLD-2とは異なり、哺乳類のGLD-2は、広範囲に正に帯電した表面を持つ本質的に頑健なPAPである。げっ歯類のGLD-2と線虫のGLD-2は、中心ドメインのβシート領域にトポロジカルな違いがある。線虫のGLD-2がアデノシンに富んだRNA基質を好むのに対し、哺乳類のGLD-2は様々な配列を持つRNAオリゴ上で働くことができます。哺乳類のGLD-2は、そのマイクロRNAに対する活性と同時に、mRNAやmiRNAを処理する末端ウリジリルトランスフェラーゼ7(TUT7)に構造的に類似している。本研究では、GLD-2がどのようにしてより汎用性の高いヌクレオチジル基転移酵素へと進化していくのかを明らかにし、哺乳類におけるGLD-2の生物学的機能を理解するための重要な手がかりを提供しています。

The stability and processing of cellular RNA transcripts are efficiently controlled via non-templated addition of single or multiple nucleotides, which is catalyzed by various nucleotidyltransferases including poly(A) polymerases (PAPs). Germline development defective 2 (GLD-2) is among the first reported cytoplasmic non-canonical PAPs that promotes the translation of germline-specific mRNAs by extending their short poly(A) tails in metazoan, such as Caenorhabditis elegans and Xenopus. On the other hand, the function of mammalian GLD-2 seems more diverse, which includes monoadenylation of certain microRNAs. To understand the structural basis that underlies the difference between mammalian and non-mammalian GLD-2 proteins, we determine crystal structures of two rodent GLD-2s. Different from C. elegans GLD-2, mammalian GLD-2 is an intrinsically robust PAP with an extensively positively charged surface. Rodent and C. elegans GLD-2s have a topological difference in the β-sheet region of the central domain. Whereas C. elegans GLD-2 prefers adenosine-rich RNA substrates, mammalian GLD-2 can work on RNA oligos with various sequences. Coincident with its activity on microRNAs, mammalian GLD-2 structurally resembles the mRNA and miRNA processor terminal uridylyltransferase 7 (TUT7). Our study reveals how GLD-2 structurally evolves to a more versatile nucleotidyltransferase, and provides important clues in understanding its biological function in mammals.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.