生化所博导最新文章解析miRNA

　　

生物通报道：来自上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所分子生物学重点实验室，美国纽约大学的研究人员发表了miRNA导致mRNA降解机制的最新研究成果：miRNA引起mRNA降解的关键核酸酶，为进一步揭示哺乳动物细胞内大量mRNA分子命运如何被决定奠定了基础。这一研究成果公布在美国《Molecular and Cellular Biology》（分子细胞生物学）1月11日在线版上。

领导这一研究的是生化所吴立刚研究员，和美国纽约大学Joel Belasco教授，前者毕业于上海交通大学生物科学与技术系，主要运用生化、分子生物和生物信息学等手段对哺乳动物中miRNA和RNAi的调控机制和功能进行研究。文章的第一作者是生化与细胞所研究生朴香花博士。

MicroRNA(miRNA)是一类长度仅约为22个碱基的非编码小RNA，它参与调控真核生物超过三分之一以上基因的表达，具有非常重要的生物学功能。miRNA不仅能抑制靶基因的翻译，还可引起mRNA的降解。目前已知在哺乳动物中miRNA通过加速靶标mRNA 3’端poly(A)的脱腺苷酸化导致整个mRNA被迅速降解，其中脱腺苷酸化是mRNA降解过程的关键和限速步骤。但在哺乳动物中miRNA导致mRNA加速脱腺苷酸化的分子机制仍不清楚。

在这篇文章中，研究人员通过运用无功能突变子竞争抑制和RNA干扰技术等方法，寻找并证实了CCR4-NOT复合体的成员CAF1和POP2在miRNA引发的mRNA脱腺苷酸化过程中起到了关键性的作用。研究还首次证实了CAF1在siRNA引起的off-target现象中也起到了重要作用。进一步研究发现，CAF1并不是通过RISC的直接招募作用而发挥功能，而可能通过miRNA和RISC改变mRNP的结构，从而促进CAF1对mRNA的降解。该研究成果为进一步揭示哺乳动物细胞内大量mRNA分子命运如何被决定奠定了基础。

吴立刚研究员与美国纽约大学Joel Belasco教授在miRNA研究方面取得了许多成果，比如之前他们发现了miRNAs还可以通过不完全结合降低mRNAs的浓度来达到抑制基因表达蛋白合成目的的第二套机制，这一研究成果公布在PNAS上。

研究人员利用miR—125b和let-7这两种代表性的miRNAs发现哺乳动物细胞与miRNAs部分互补的mRNAs的浓度降低了，而且这种作用是由于加速的脱腺苷化（deadenylation）：miRNAs迅速的将mRNAs上poly（A）尾巴脱去，造成了mRNAs整个片段的降解，从而导致基因无法表达。这种由miRNAs引起的mRNAs脱腺苷作用导致的基因表达受阻与阻碍mRNAs翻译成蛋白质不同，而且与研究人员表示这中作用与siRNAs（RNA干扰）通过完全互补得到的内切酶作用也不相同，这可能也就是miRNAs与siRNAs产生了on target和off target的问题的原因之一。

（生物通：万纹）

原文摘要：

CCR4-NOT deadenylates RISC-associated mRNA in human cells

MicroRNAs repress gene expression post-transcriptionally by inhibiting translation and by expediting deadenylation so as to trigger rapid mRNA decay. Their regulatory influence is mediated by the protein components of the RNA-induced silencing complex (RISC), which deliver miRNAs and siRNAs to their mRNA targets. Here we present evidence that CCR4-NOT is the deadenylase that removes poly(A) from messages destabilized by miRNAs in human cells. Overproducing a mutationally inactivated form of either of the catalytic subunits of this deadenylase (CCR4 or CAF1/POP2) significantly impedes the deadenylation and decay of mRNA targeted by a partially complementary miRNA. The same deadenylase initiates the degradation of "off-target" mRNAs that are bound by an imperfectly complementary siRNA introduced by transfection. The greater inhibitory effect of inactive CAF1 or POP2 (versus inactive CCR4) suggests a predominant role for this catalytic subunit of CCR4-NOT in mi/siRNA-mediated deadenylation. These effects of mi/siRNAs and CCR4-NOT can be fully reproduced by directly tethering RISC to mRNA without the guidance of a small RNA, indicating that the ability of RISC to accelerate deadenylation is independent of RNA base pairing. Despite its importance for mi/siRNA-mediated deadenylation, CCR4-NOT appears not to associate significantly with RISC, as judged by the failure of CAF1 and POP2 to co-immunoprecipitate detectably with either the Ago or TNRC6 subunit of RISC, a finding at odds with deadenylase recruitment as the mechanism by which RISC accelerates poly(A) removal.

作者简介：

吴立刚研究员，研究组长，博士生导师
研究员，研究组长，博士生导师
工作单位：中科院上海生命科学研究院
电话：54921321
E-mail: [e-mail]

1996年毕业于上海交通大学生物科学与技术系，获学士学位。2001年毕业于中国科学院上海植物生理研究所遗传学专业，获博士学位。2001年至2008年在美国纽约大学医学院从事博士后研究。2008年7月起在中科院上海生科院生化与细胞所任研究员，博士生导师，研究组长。

研究方向 miRNA和RNAi调控基因表达的机制与功能

研究工作
microRNA(miRNA)和小分子干扰RNA(siRNA)是近年来发现的两类结构类似，功能密切相关的非编码小分子RNA。它们的长度大约为21个核苷酸，都具有调控基因表达的功能。包括人类在内的大多数高等真核生物的基因组中都编码大量miRNA，它们通过抑制翻译和导致mRNA降解两种方式调控超过三分之一以上基因的表达，从而参与了包括细胞的分化发育、增殖、凋亡和代谢等几乎所有生物过程。同时miRNA也在多种疾病，如癌症、心脏病和病毒性肝炎等中扮演着重要的作用，因此研究miRNA调控基因表达的机制和功能具有非常重要的理论意义和应用价值。而RNA干扰(RNAi)是近年来迅速发展起来的一种利用人工方法在细胞中导入siRNA从而关闭特定基因表达的生物技术，在探索基因功能和对传染性疾病及癌症的基因治疗领域存在巨大潜力。但目前尚有几个难题阻碍了该技术的广泛应用，其中主要问题之一是siRNA会影响靶基因以外其他基因的表达(脱靶RNAi)，产生副作用。

本研究组将运用生化、分子生物和生物信息学等手段对哺乳动物中miRNA和RNAi的调控机制和功能开展如下工作。
(1) miRNA对基因表达调控的分子作用机制
(2) RNAi专一性的研究及其在基因治疗中的应用
(3) miRNA在哺乳动物的附睾发育和精子成熟中的功能
(4) miRNA对重要疾病相关基因的调控作用

发表论文
Wu L, Fan J, and Belasco JG. Importance of translation and non-nucleolytic Ago proteins for on-target RNA interference. Curr Biol, 2008 (Accepted)
Wu L, and Belasco JG. Examining the influence of microRNA on translation and mRNA decay. Meth Enzymol, 2008
Wu L, and Belasco JG. Let me count the ways: mechanisms of gene regulation by miRNAs and siRNAs. Mol Cell, 2008, 29: 1-7 (Review)
Bao L, Zhou M, Wu L, Lu L, Goldowitz D, Williams RW, and Cui Y. PolymiRTS Database: linking polymorphisms in microRNA target sites with complex traits. Nucleic Acids Res, 2007, 35 (Database issue): D51-54
Wu L, Fan J, and Belasco JG. From the cover: MicroRNAs direct rapid deadenylation of mRNA. Proc Natl Acad Sci U S A, 2006, 103: 4034-4039 (Cited >130 times)
Wu L, and Belasco JG. MicroRNA regulation of the mammalian lin-28 gene during neuronal differentiation of embryonal carcinoma cells. Mol Cell Biol, 2005, 25: 9198-9208
Wu L, Jiang L, Zhou Z, Fan J, Zhang Q, Zhu H, Han Q, and Xu Z. Expression of foot-and-mouth disease virus epitopes in tobacco by a tobacco mosaic virus-based vector. Vaccine, 2003, 21: 4390-4398
Wu L, Fan J, Jiang L, Wang H, Song R, Zhang Q, Zhu H, Li N, Liu Z, and Xu Z.A specific cis-hairpin ribozyme facilitates infection of a TMV-based DNA vector in tobacco protoplasts. J Virol Methods, 2003, 111: 101-109