PNAS:“剪切和粘贴”基因缺陷暗示发育性疾病病因

【字体: 时间:2014年03月17日 来源:生物通

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  在最近的《PNAS》杂志上刊登的一项研究中,研究人员利用斑马鱼这种模式动物,深入了解了次要剪接或U12型剪接途径中的变化,是如何引起严重发育性疾病的。他们发现一种称为Rnpc3的蛋白活动,对于斑马鱼许多器官的生长是至关重要的。

  

生物通报道:在最近的《PNAS》杂志上刊登的一项研究中,研究人员利用斑马鱼这种模式动物,深入了解了次要剪接或U12型剪接途径中的变化,是如何引起严重发育性疾病的。他们发现一种称为Rnpc3的蛋白活动,对于斑马鱼许多器官的生长是至关重要的。

次要剪接(Minor class splicing)或U12型剪接,是一个高度保守的过程,需要从人类前体mRNA中去除很小部分的内含子。最近研究人员发现,这个剪接途径中的缺陷与某些人类疾病相关,包括一种严重的发育障碍——称为Taybi-Linder综合症或microcephalic osteodysplastic primordial dwarfism 1(是家族性侏儒的一型,表现有小头畸形、精神发育不全、出生时体重不足、骨的异常,特别是手足的长短骨),和一种遗传性肠息肉病Peutz-Jeghers综合症。虽然这是基因表达的一个关键调控机制,但是受损的U12型剪接对转录组的影响仍然是未知的。

目前,墨尔本的研究人员,更深入地了解了这个重要的细胞过程(次要剪接)中的变化,是如何引起严重的发育性疾病的。他们利用发育学研究的常用实验模型——斑马鱼,发现一种称为Rnpc3的蛋白活动,对于斑马鱼许多器官的生长是至关重要的。Rnpc3的功能是,通过一个称为次要mRNA剪接的过程,来调节蛋白质的生产。相关阅读:斑马鱼神经元助力人类出生缺陷研究

mRNA,是DNA编码遗传信息转换为蛋白质所必需的一种分子。RNA剪接(RNA splicing)是一个“剪切和粘贴”的过程,在此过程中,不需要的序列(称为内含子introns)从mRNA上剪切掉,剩余的片段(外显子)又被连接在一起,形成一个连续的RNA分子。

如果没有剪接,基因就不能正确地制成蛋白质。Ludwig成员、Walter and Eliza Hall研究所的副教授Joan Heath和目前就职于加州大学圣地亚哥分校的Sebastian Markmiller博士指出,蛋白Rnpc3对于斑马鱼发育期间器官的快速生长是必需的,这些器官包括肠道、肝脏、胰腺和眼睛。这一研究结果刊登在最近的《PNAS》杂志上。

Heath是本文的通讯作者,她表示,这项研究成果非常的重要,因为它能够帮助我们揭示,次要剪接缺陷如何引起严重的人类发育障碍Taybi-Linder综合症。

Heath称:“在基因组中,总共有大约200,000个内含子,大多数内含子都能够通过主要剪接过程去除。次要剪接非常罕见,用来去除仅仅几百个内含子。为什么这种次要剪接途径存在?它有多么重要?二十多年来,这些问题一直困扰着遗传学家们。”

Heath指出:“我们发现,次要剪接对于基因的正确表达是至关重要的,它们本身对调节基因表达也很重要。这意味着,在次要剪接过程中出现的缺陷,可能会对打开哪个基因有广泛的影响。在发育期间这尤其重要,因为在这期间,快速变化是基因表达和蛋白质生产所必需的。”

研究人员最后总结说:“从长远来看,我们希望这项研究表明,次要剪接能够导致现在还未能完全理解的其它疾病。”(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Minor class splicing shapes the zebrafish transcriptome during development
Abstract: Minor class or U12-type splicing is a highly conserved process required to remove a minute fraction of introns from human pre-mRNAs. Defects in this splicing pathway have recently been linked to human disease, including a severe developmental disorder encompassing brain and skeletal abnormalities known as Taybi-Linder syndrome or microcephalic osteodysplastic primordial dwarfism 1, and a hereditary intestinal polyposis condition, Peutz-Jeghers syndrome. Although a key mechanism for regulating gene expression, the impact of impaired U12-type splicing on the transcriptome is unknown. Here, we describe a unique zebrafish mutant, caliban (clbn), with arrested development of the digestive organs caused by an ethylnitrosourea-induced recessive lethal point mutation in the rnpc3 [RNA-binding region (RNP1, RRM) containing 3] gene. rnpc3 encodes the zebrafish ortholog of human RNPC3, also known as the U11/U12 di-snRNP 65-kDa protein, a unique component of the U12-type spliceosome. The biochemical impact of the mutation in clbn is the formation of aberrant U11- and U12-containing small nuclear ribonucleoproteins that impair the efficiency of U12-type splicing. Using RNA sequencing and microarrays, we show that multiple genes involved in various steps of mRNA processing, including transcription, splicing, and nuclear export are disrupted in clbn, either through intron retention or differential gene expression. Thus, clbn provides a useful and specific model of aberrant U12-type splicing in vivo. Analysis of its transcriptome reveals efficient mRNA processing as a critical process for the growth and proliferation of cells during vertebrate development.


 

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