陈雪梅教授Cell揭示基因沉默新机制

【字体: 时间:2013年04月27日 来源:生物通

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  提及RNA分子,最广为人知的作用就是参与蛋白质的合成。然而MicroRNA (miRNA),这类被发现广泛存在于植物和动物中,长度约为22个核苷酸的小分子RNA,却并不编码蛋白,而是在基因调控中发挥作用,其影响了从发育、生理到应激反应几乎所有的生物学过程。

  

生物通报道  提及RNA分子,最广为人知的作用就是参与蛋白质的合成。然而MicroRNA (miRNA),这类被发现广泛存在于植物和动物中,长度约为22个核苷酸的小分子RNA,却并不编码蛋白,而是在基因调控中发挥作用,其影响了从发育、生理到应激反应几乎所有的生物学过程。

microRNAs几乎存在于每个细胞中,众所周知每个microRNA均可靶向数十到数百个基因,抑制或“沉默”它们的表达。然而目前对于miRNAs抑制靶基因表达的确切机制却仍然了解甚少。

现在,由加州大学河滨分校的遗传学家们领导的一个研究小组,在拟南芥中开展了一项研究,证实抑制靶基因表达的作用位点是在内质网(ER)上。

领导这一研究的是加州大学河滨分校的陈雪梅(Xuemei Chen)教授,其早年毕业于北京大学,在植物小RNA和参与花器官发育研究领域取得多项创新性研究成果,在Nature, Science等顶尖科学杂志发表高水平论文数十篇。她首次发现的植物microRNAs在3’末端核糖基上带有2’-O-甲基化修饰,开创性地为动物领域开展类似研究工作起了重要的指导作用。2006年曾获得美国植物学会Charles Albert Shull奖。

陈雪梅教授说:“我们的研究第一次证实了内质网是miRNA介导的翻译抑制的发生位点。要了解microRNAs抑制靶基因表达的机制,我们首先必须要知道microRNAs在细胞的哪里起作用。然而直到现在也没人发现,内质网对于microRNA的活性至关重要。我们的研究证实,一种整膜蛋白(integral membrane protein) AMP1是miRNA能够成功介导靶基因抑制的必要条件。因为AMP1在动物中有相似物,我们在植物中获得的研究发现具有更广泛的意义。”

简单地说,基因表达就是DNA生成RNA,然后RNA再生成了蛋白质。具体来说,就是将RNA编码的遗传信息翻译为了蛋白质的氨基酸序列。而非编码RNAs则越来越多地被发现在许多生物过程中起作用。MicroRNAs就是一类非编码RNAs,它的主要功能是下调基因表达。

自从大约20年前科学家们第一次发现miRNAs以来,针对它所开展的研究与日俱增。在一些疾病病例中,如果一些基因上调或下调,可利用miRNA来改变这些基因的表达对抗这些疾病,由此其显示出治疗潜力。

众所周知,MicroRNAs是通过两种主要的作用模式调控靶基因:或是引起靶RNAs失稳,导致它们降解;或是并不影响靶RNAs的稳定性,而只是阻止它们被翻译成蛋白质,这一过程就称作翻译抑制。翻译抑制的最终结果就是导致基因不能表达。然而研究人员对于miRNAs引起靶基因翻译抑制的机制却并不是很清楚。

陈雪梅教授说:“我们惊讶地发现内质网为miRNAs翻译抑制活性所必需。这一新知识将促进我们了解基因沉默机制。基本上,我们现在知道了要观测何处:那就是内质网。我们还推测粗面内质网部分与之相关。”

陈雪梅教授解释说,内质网有两种类型:粗面内质网和光面内质网。粗面内质网,表面坑坑洼洼,负责合成和包装蛋白;光面内质网呈管泡状,在脂类合成和蛋白质分泌中起作用。内质网蛋白AMP1锚定在粗面内质网上。

“多年来,我的实验室一直在针对AMP1开展研究。是这一蛋白将我们的注意力吸引到内质网上。首先,我们发现AMP1与miRNA介导的翻译抑制有关。随后,由于我们已经知道AMP1定位在粗面内质网上,我们就将焦点转到了这一细胞器上。”

接下来,她的实验室将尝试解析miRNA介导的翻译抑制的机制。她们还将针对miRNA是如何招募到内质网上去的这一机制展开调查。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

MicroRNAs Inhibit the Translation of Target mRNAs on the Endoplasmic Reticulum in Arabidopsis

Translation inhibition is a major but poorly understood mode of action of microRNAs (miRNAs) in plants and animals. In particular, the subcellular location where this process takes place is unknown. Here, we show that the translation inhibition, but not the mRNA cleavage activity, of Arabidopsis miRNAs requires ALTERED MERISTEM PROGRAM1 (AMP1). AMP1 encodes an integral membrane protein associated with endoplasmic reticulum (ER) and ARGONAUTE1, the miRNA effector and a peripheral ER membrane protein. Large differences in polysome association of miRNA target RNAs are found between wild-type and the amp1 mutant for membrane-bound, but not total, polysomes. This, together with AMP1-independent recruitment of miRNA target transcripts to membrane fractions, shows that miRNAs inhibit the translation of target RNAs on the ER. This study demonstrates that translation inhibition is an important activity of plant miRNAs, reveals the subcellular location of this activity, and uncovers a previously unknown function of the ER.

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