RNA干扰（RNA interference，RNAi）是细胞内重要的基因表达调控机制，在基因功能研究、疾病机制解析及RNA药物开发等领域占据着不可替代的地位。在这一过程中，双链RNA或发夹结构RNA经过一系列加工步骤被转化为小RNA分子，最终引导特定mRNA的降解或翻译抑制。其中，RNase III家族核酸酶DICER，作为RNAi通路的关键核心酶，承担着将前体miRNA（pre-miRNA）、shRNA等双链RNA底物加工为成熟小RNA的重要使命。
尽管DICER在RNA干扰中的核心作用早已被学界证实，但其如何在复杂的RNA结构中精准识别底物、精准定位切割位点，始终是RNA生物学领域亟待破解的关键问题。
近期，香港科技大学研究团队在 Nature 上发表论文《DICER cleavage fidelity is governed by 5′-end binding pockets》，通过冷冻电镜（cryo-EM）结构解析与生化实验相结合的技术手段，系统揭示了DICER识别RNA底物并调控剪切精度的结构基础。
这一重大研究成果不仅完善了RNA干扰的分子机制理论，更为小RNA分子的精准设计提供了全新的结构依据，赛索飞生物则为该研究提供了关键的shRNA底物，助力研究团队顺利完成核心实验。
RNA干扰的核心谜题：
DICER如何实现“精准下刀”？
在RNA干扰通路中，DICER的核心功能是将pre-miRNA、shRNA等底物加工为长度约21–23 nt的小RNA，为后续RISC复合物介导的基因沉默提供关键分子基础。然而，DICER如何在不同RNA底物中准确识别剪切位点，一直是RNA生物学研究中的核心难题。
此前研究曾提出，DICER可能通过“分子尺（molecular ruler）”机制确定切割位置，即通过识别RNA末端结构，在固定距离处完成剪切。但这一模型始终缺乏直接的分子结构证据支撑，尤其是DICER如何识别RNA末端并维持剪切精度，尚未得到明确阐释。
为了解答这一关键问题，研究团队结合结构生物学与生化实验方法，通过体外重构DICER与RNA底物的复合物，结合冷冻电镜技术解析其高分辨率三维结构，成功揭开了DICER识别RNA并精准剪切的神秘面纱。
实验突破的关键支撑：
重构复合物并解析高分辨率结构
研究的首要关键步骤，是获得高纯度的人源DICER蛋白，并在体外将其与不同RNA底物组装形成稳定的蛋白-RNA复合物。赛索飞生物为该研究提供了关键的shRNA底物，保障了DICER-shRNA复合物的稳定形成，为后续的冷冻电镜结构解析奠定了坚实的实验基础。
随后，研究团队利用冷冻电镜技术对这些复合物进行结构解析，并获得了分辨率约3.3 Å的高分辨率三维结构，这表明所用RNA底物具有良好的均一性和适宜的结构特性。
研究人员重点研究了两种结构略有差异的shRNA底物26S-GU和26S-UG，并结合pre-miRNA底物pre-mir-517a_GU进行结构与功能验证。冷冻电镜结构清晰展示了DICER与shRNA形成的整体复合物构象（图1）：RNA双链被精确定位在DICER的RNase IIIa与RNase IIIb催化结构域之间，形成适合切割反应的构象。RNA的一端进入催化中心，而另一端则与DICER的其他结构域形成稳定的相互作用，确保RNA底物在催化中心的精准定位，为剪切反应的高效、精准进行提供了结构保障。
图1. DICER与shRNA形成的整体复合物结构
进一步放大结构细节，可以清晰观察到RNA在催化中心附近的空间排布（图2）。该结构显示RNA双链的定位方式与RNase III催化位点高度匹配，为DICER执行双链RNA切割提供了结构基础。
图2. RNA在催化中心附近的空间排布
机制研究的重磅发现：
5′端结合口袋决定RNA剪切精度
研究团队通过深入的结构解析，取得了突破性的核心发现：RNA 5′端能够嵌入DICER内部的特定结合口袋。RNA末端被稳定固定在这一结构口袋中，并与多个氨基酸残基形成相互作用（图3）。这一结构特征表明，DICER不仅能够识别RNA双链结构，还能通过5′端结构进一步定位RNA底物。
图3. RNA 5′端与DICER结合口袋的结构相互作用
为了验证这一结构发现的功能意义，研究人员对相关氨基酸残基进行了突变实验。结果表明，当这些关键残基发生突变时，DICER对RNA底物的剪切精度明显下降，产生的小RNA长度分布也随之改变。这说明5′端结合口袋不仅参与DICER对RNA底物的结合过程，更是决定其剪切位点、维持剪切精度的核心结构元件。
研究团队还进一步解析了pre-mir-517a_GU与DICER形成的复合物结构，结果发现pre-miRNA底物在进入DICER催化中心时，呈现出与shRNA高度相似的定位方式（图4）。这一结果充分说明，DICER通过识别RNA末端结构并与其内部结构域协同作用，实现了对shRNA、pre-miRNA等不同类型RNA底物的普适性精准剪切。
图4. pre-miRNA底物与DICER复合物结构
前沿研究的落地价值：
赋能RNA干扰研究与药物开发创新
香港科技大学的这项研究，通过冷冻电镜高分辨率结构解析，系统揭示了DICER识别RNA末端并调控剪切精度的分子机制，为RNA干扰通路提供了直接且坚实的结构证据，极大地推动了RNA生物学基础研究的发展，同时也为多个应用领域带来了全新的发展启示。
在RNA干扰技术优化方面，该研究清晰阐释了DICER对RNA末端结构的识别规律，为shRNA、siRNA的精准设计提供了结构依据。研究人员可基于这一机制，优化RNA干扰分子的末端结构设计，从而显著提高基因沉默效率，有效降低脱靶效应，推动RNA干扰技术在基因功能研究中的更广泛应用。
在RNA药物开发领域，小RNA疗法已成为基因治疗、精准医疗的重要发展方向。对DICER剪切机制的深入理解，将有助于优化RNA药物前体分子的设计，提高其加工效率和稳定性，为小RNA药物的研发与产业化提供重要的理论支撑。
此外，该研究也凸显了高质量合成RNA底物在蛋白-RNA复合物结构研究中的核心作用。随着冷冻电镜技术在结构生物学中的广泛应用，稳定、均一、结构适配的RNA底物，已成为解析RNA-蛋白相互作用分子机制的关键前提。
RNA生物学是生命科学研究的前沿与热点领域，DICER作为RNA干扰通路的关键酶类，其结构与功能的深入研究仍将持续为领域发展注入新动力。未来，赛索飞生物也将持续深耕RNA合成领域，为全球科研工作者提供高品质的RNA产品与技术服务，助力更多RNA生物学前沿研究取得突破，推动RNA干扰技术与RNA药物开发的产业化发展。