PNAS丨刘珈泉/陈玲玲组合作揭示串联RBD通过分子内互作界面驱动PKR激活的新机制|pnas|rna|互作|刘珈泉|细胞|结构域|陈玲玲

RNA结合结构域（RNA-binding domain,RBD）的串联重复排列——常由内在无序序列连接——在RNA结合蛋白（RBP）中广泛存在。然而，这类柔性排布能否形成对功能至关重要的确定构象、又如何借此实现其生物学功能，目前仍缺乏系统认识。

近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心刘珈泉团队和陈玲玲团队合作在PNAS在线发表了题为Tandem RNA-binding domain architecture drives PKR activation through an intramolecular interface的研究论文。该研究整合单分子荧光成像、AlphaFold结构预测以及生物化学与细胞生物学功能验证，系统揭示了蛋白激酶R（PKR）的两个双链RNA结合结构域（dsRBD）通过分子内互作形成一种独特的构象，该架构赋予PKR底物区分能力、促进激酶二聚化，并增强其在其他RNA结合蛋白存在下竞争识别双链RNA（dsRNA）的能力，从而共同驱动PKR的激活。这一发现为理解串联RBD的功能优势、以及针对PKR异常激活的干预策略提供了新的理论依据。

PKR是天然免疫通路中关键的dsRNA感受器。在识别病毒来源的dsRNA后，PKR发生激酶二聚化与自磷酸化，进而磷酸化下游底物eIF2α、引发翻译终止，最终抑制病毒的复制与传播。为确保抗病毒反应的特异性，PKR的磷酸化水平必须与其RNA结合活性精密偶联。然而，PKR的两个dsRBD如何协同识别RNA，以及这种串联排列架构在PKR激活调控中的功能优势，此前尚不清楚。

为解析PKR的工作机制，研究团队利用单分子荧光成像技术实时追踪了PKR在dsRNA上的动态行为。他们发现，PKR采取一种“扫描-捕获”的模式识别底物：PKR首先沿dsRNA进行扫描；随后，dsRBD2通过与dsRBD1发生分子内互作，将处于扫描状态的PKR锚定在dsRNA上，使其由动态、瞬时的“采样识别”转变为“稳定结合”。这一结合模式的转换显著促进了PKR激酶结构域的二聚化，从而驱动强效的激酶激活。值得注意的是，这种dsRBD协同互作在大多数自身RNA上无法发生，却能高效发生于免疫原性dsRNA上；同时，它还增强了PKR与其他RNA结合蛋白竞争免疫原性RNA的能力，使PKR得以在大量自身RNA存在的情况下特异识别免疫原性dsRNA。破坏dsRBD1-dsRBD2互作界面会在体外和细胞水平上严重削弱PKR的功能。这些结果表明，串联dsRBD的功能优势并非简单源于结合位点的增加，而是依赖于互作界面所介导的结合模式转换。

该研究揭示了RNA结合蛋白中串联RBD的一种全新工作模式，拓展了对RBP多结构域协同调控机制的认识。此外，破坏dsRBD1-dsRBD2互作界面可显著抑制PKR激活，提示该界面有望成为干预PKR异常激活的潜在药物靶点，为PKR相关疾病的治疗开发奠定了重要基础。

分子细胞科学卓越创新中心博士韩冲、博士生李晨、博士徐奕峰为论文共同第一作者。该工作得到分子细胞卓越中心张少庆研究员的大力支持。