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非编码RNA是一类广泛存在于生物体内不会被翻译成蛋白质但是具有重要生物学功能的RNA分子。非编码RNA参与翻译、RNA剪接、DNA复制、细胞周期的基因调控等细胞内过程,并且与很多疾病相关,例如癌症、阿尔兹海默症等。然而,对于非编码RNA的研究还存在很多的未知。因此对于非编码RNA及其相关蛋白质结构与功能的研究具有重要的生物学意义。本文主要研究内容分为两个部分,一是在裂殖酵母蛋白质Mei2特异性结合meiRNA的结构与功能研究;二是人源蛋白质ERH与DGCR8相互作用促进microRNA成熟的研究。在裂殖酵母中,Mei2是一个进入减数分裂必不可少的RNA结合蛋白,可调控减数分裂的起始。Mei2可以结合一条特定的长链非编码RNA,meiRNA,并在转录meiRNA的sme2基因位点处聚积,形成Mei2 dot。先前的研究表明,蛋白质Mei2 C-端的第三个RRM（RNA recognition motif 3）结构域在体外能够与meiRNA 5’region发生相互作用,并且调控裂殖酵母减数分裂的起始。然而,其中的分子机制还存在很多未知。首先,本文采用了体外CLIP-seq实验证明了 Mei2 RRM3偏好结合U-rich的meiRNA片段。然后,解析了 apoMei2 RRM3的晶体结构,并且根据体外CLIP-seq实验结果,选择了 Mei2 RRM3结合的8mermeiRNA,解析了二者的复合物晶体结构。Mei2 RRM3-8mer meiRNA复合物结构揭示了Mei2RRM3特异性识别UUC（U）motif。此外,发现基于该复合物结构设计的蛋白质Mei2突变体Mei2F644A会严重破坏Mei2-meiRNA相互作用。通过体内实验,发现Mei2F644A会导致裂殖酵母表现出缺陷的核型（defective karyogamy）,表明Mei2和meiRNA之间的相互作用在调节减数分裂中起重要作用。微处理器复合体（microprocessor）能够识别并剪切microRNA（miRNA）的初级转录物（primary microRNA,pri-miRNA）启动miRNA成熟。以前的研究表明,Microprocessor 是由 RNase Ⅲ Drosha 和 dsRNA 结合蛋白质 DGCR8 组成。在本课题中,我们的合作者韩国首尔大学V.Narry Kim研究组发现了Microprocessor 的新组分蛋白质 ERH（enhancer of rudimentary homolog）。通过生化与晶体结构解析等研究手段,发现蛋白质ERH通过自身的一个疏水凹槽与蛋白质DGCR8N-端的保守区域结合,二者结合的化学计量比为2:2。在细胞中ERH的Knock-down或者DGCR8N-端保守序列缺失都会导致一类pri-miRNA的加工成熟过程受阻,这些pri-miRNA通常是一些具有多顺反子串联的pri-miRNA簇中的次优pri-miRNA结构。为了进一步探索ERH在次优pri-miRNA的加工成熟中扮演的作用,选用了自然界中多顺反子串联的最优pri-miR-144以及次优pri-miR-451的pri-miRNA簇。研究发现次优pri-miR-451的加工成熟依赖于蛋白质ERH及其相邻的最优pri-miR-144。蛋白质ERH形成二聚体帮助Microprocessor结合与最优pri-miRNA相邻的次优pri-miRNA,从而促进次优pri-miRNA的加工成熟,揭示了 ERH在miRNA加工成熟过程中的作用。综上所述,本文主要通过生化与结构生物学的实验方法,解析了裂殖酵母中蛋白质Mei2 RRM3与非编码RNA meiRNA motif的复合物晶体结构,鉴定出Mei2RRM3结合meiRNA的序列偏好性,并结合体内实验验证了蛋白质Mei2在裂殖酵母减数分裂起始中发挥的重要作用;解析了人源蛋白质ERH与Microprocessor的关键组分DGCR8小肽的复合物晶体结构,为阐述ERH在非编码RNA miRNA的加工成熟过程的作用提供了分子基础。