微小RNA（miRNA）是约22个核苷酸（nt）的非编码RNA，通常在转录后通过抑制mRNA表达来调控基因。miRNA由发夹结构的转录本加工而成，这些转录本称为初级miRNA（pri-miRNA），通常由RNA聚合酶II转录。
在动物中，典型的pri-miRNA通过微处理器（MP）切割，微处理器是一种包含RNase III核酸内切酶Drosha和其必需辅因子DGCR8的异三聚体核复合物。MP切割pri-miRNA后，会产生较短的发夹结构前体(pre-miRNA)，其长度约为70-80个核苷酸，并通过输出蛋白被输送到细胞质中。
在细胞质中，RNase III内切酶Dicer进一步切割pre-miRNA的顶端环，生成一个约22个碱基对（bp）的miRNA双链体。该双链体被加载到Argonaute（Ago）蛋白中，其中一条链（即向导RNA）留在复合物中，形成成熟的RNA诱导沉默复合物（RISC）。随后，RISC通过碱基配对引导至目标RNA，主要通过miRNA的种子序列（约第2-8个核苷酸），最终导致靶标的抑制。
除了在启动miRNA加工中的作用外，MP还充当守门人，只允许特定的发夹转录本从众多可能的miRNA样结构中进入生物发生途径。典型的pri-miRNA具有单链（ss）区域两侧约35±1 bp的双链（ds）茎，通常包含多个摆动、错配的碱基对、凸起和长度≥10 nt的顶端环。此外，pri-miRNA富含某些短基序，这些基序影响MP介导的pri-miRNA加工的切割效率和保真度，包括5′链中第-14 nt位置的UG二核苷酸基序、5′臂3′端（位于顶环的基底）处的UGUG基序、3′链中第-17 nt位置的CNNC基序（其中N为任意核苷酸），以及3′链中下茎区第-3至-5 nt位置的GHG错配（其中H不是G）。所有这些基序都能被MP直接识别，除了3′的CNNC基序外，它还能招募SRp20/SRSF3来协助MP有效处理pri-miRNA。
尽管如此，pri-miRNA的结构差异很大，特别是在顶端环的序列、形状和大小上，即使在特定的pri-miRNA家族中也是如此，例如pri-let-7家族。此外，许多miRNA似乎缺乏所有这些基序。最近的低温电子显微镜（cryo-EM）研究让我们得以一窥MP如何识别5′ UG和mGHG基序。然而，MP识别大量缺乏这些基序的pri-miRNA的特征，以及MP为适应pri-miRNA结构的巨大变化所必须具备的可塑性，仍然不太清楚。
近日，Leemor Joshua-Tor团队在Molecular Cell期刊上发表了题为「The structural landscape of Microprocessor-mediated processing of pri-let-7 miRNAs」的研究论文，在本研究中，通过结构和生化方法，揭示了 MP 如何处理广泛的 pri-miRNA 底物，扩展了我们对 MP 基序识别的理解，并揭示了 SRSF3 如何调控含有 CNNC 基序的 pri-miRNA 的 M2P2 加工。
虽然之前认为血红素与 UGUG 基序的识别相关，但研究表明血红素通过促进 DGCR8-HBD 的二聚化来增强 MP 的活性，并且这一过程与顶端环中的 UGUG 基序距离较远。血红素似乎并不影响 MP 与 pri-miRNA 的正确加载。
研究揭示了 MP 复合物能够处理广泛结构差异的 pri-miRNA。这种结构差异包括 UGUG、GGAG 和 CNNC 基序等。此外，pri-let-7 的顶端环在 MP 结合时暴露的表面可以成为其他 RNA 结合蛋白（如 Syncrip、Musashi-1 和 Lin28B）的结合位点，从而调控 miRNA 生物发生。let-7 pri-miRNA 根据 3′ 突出端的差异分为两类。研究表明，这种差异是由 5′ 切割位点的凸起导致的。该凸起会改变 RNA 的局部几何形状，从而影响 3′ 突出端的长度。
5p −14 位置的 UG 基序被提议重命名为 fUN 基序，U 是未配对的，通常会翻转。3p −17 位置的 CNNC 基序则通过剪接因子 SRSF3 进行识别和结合。SRSF3 通过其 RRM 结构域与 CNNC 结合，并将 Drosha 精确定位在基底连接处，防止不必要的 RNA 链配对。
MP-pri-miRNA 结构揭示了 MP 在识别 RNA 时既有刚性的部分（如下茎的几何形状），也有灵活的部分，能够重新定位 dsRBD 以适应多种 pri-miRNA 结构。刚性与可塑性相结合，使 MP 能够区分 pri-miRNA 与其他结构化 RNA，从而精准加工目标 RNA。
这项研究不仅扩展了我们对 MP 加工 pri-miRNA 的分子机制的理解，还揭示了血红素和 SRSF3 在调控 miRNA 生物发生中的作用，以及 let-7 家族 pri-miRNA 的结构特异性加工过程。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.09.008
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