Nature子刊:垃圾DNA并不垃圾

【字体: 时间:2013年11月12日 来源:生物通

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  发表在11月10日的Nature Structural and Molecular Biology杂志上的一项研究成果,发现了一种全新的机制,这种机制能够使指导前体mRNA剪接的RNA结合蛋白,诱导一种来自比我们所能想象更远距离的调控效应。这项研究成果将有助于研发纠正导致很多疾病的不恰当剪接的靶向治疗方法。

  

生物通报道:发表在11月10日的Nature Structural and Molecular Biology杂志上的一项研究成果,发现了一种全新的机制,这种机制能够使指导前体mRNA剪接的RNA结合蛋白,诱导一种来自比我们所能想象更远距离的调控效应。这项研究成果将有助于研发纠正导致很多疾病的不恰当剪接的靶向治疗方法。

由加利州大学圣地亚哥分校医学院的研究者进行的一项研究,让我们细胞用来控制基因表达调控的分子工具水落石出。这项研究成果发表在11月10日的Nature Structural and Molecular Biology杂志上。加州大学圣地亚哥分校细胞和分子医学系、干细胞研究项目和基因组医学研究所的Michael T. Lovci是该论文的第一作者,他称,“我们发现了一种全新的机制,这种机制使指导前体mRNA剪接的蛋白——RNA结合蛋白——诱导一种来自比我们所能想象更远距离的调控效应。”

来自美国加州和俄勒冈州、新加坡和巴西的研究者共同参与了这项成果,他们一直在试图理解指导细胞功能的最基本的信号。根据Lovci所称,这项工作拓宽了对未来的研究必须考虑的课题的视野。更重要的是,这项工作扩大了设计凭借称为“反义RNA寡核苷酸(ASOs)”的遗传物质对分子缺陷进行纠正的合理疗法的潜在目标范围。

这项工作的主要研究者,加州大学圣地亚哥分校干细胞研究项目和基因组医学研究所的成员、以及新加坡国立大学细胞和分子医学助理教授Gene Yeo博士称,“这项研究为生物学中一个存在十几年的问题提供了答案。当十几年前,人类基因组序列被完全组装起来时,我们了解到,整个基因组中只有少于3%的序列包含信息,也就是编码蛋白序列。这给基因组科学家们提出了一个难题——其余97%的基因序列起什么作用?”

基因组其余序列的作用,在很大程度上还是一个谜,因此它们被称为“垃圾DNA”。自从其它非人类基因组被测序以来,科学家们已经能够描绘基因组上那些经过数以百万年进化后显著保守的序列。人们普遍认为,进化限制的这个证据表明,即使基因组的某些片段没有编码蛋白,其对于生命和发育还是极其重要的。

采用这个进化保守性作为一个基准,科学家们描述了细胞利用这些非蛋白编码区域的不同方式。例如,一些区域作为DNA与蛋白对接的位点,能够激活或者抑制RNA的转录。其它的区域,也是这项工作的研究重点,能够调控可变mRNA剪接。

真核细胞采用可变前体mRNA剪接,产生在发育和应对环境过程中的蛋白多样性。通过有选择的包括或排除前体mRNA区域,细胞通常获得基因组中超过20000个基因中的每一个的十个版本。RNA结合蛋白是与这些决定紧密联系的蛋白类群,但是我们很少知道,它们在细胞中真正起了什么作用。

Lovci说,“对大部分基因来说,蛋白编码空间在片段上的分布,就像海洋中的岛屿分布模式一样。RNA加工装置,包括RNA结合蛋白,必须挑选出这些小的序列部分,将它们精确地拼接在一起,来制造功能蛋白。我们的研究表明,不仅邻近这些‘岛屿’的序列空间对基因调控而言非常重要,而且距离这些‘岛屿’ 很远的进化保守序列对调整剪接决定也很重要。”

因为上述成果挑战了现有的可变剪接调控的模型,所以调控开始于非常靠近蛋白编码片段的区域,作者力图定义一个机制,通过这个机制,远程的剪接调控也能发生。他们鉴定了存在于调控位点和较远的蛋白编码“岛屿” 之间的RNA结构——RNA本身折叠和碱基配对。这种相互作用被称为“RNA桥”,因为它们能够把较远的调控者和它们的目标连接起来。该论文的作者指出,这可能是一种常见的但是未被重视的可变剪接调控机制。

研究者称,这些研究成果对于生物医学研究具有可预见的启示,因为他们所关注的两种RNA结合蛋白——RBFOX1和RBFOX2,表现出与神经发育失常例如自闭症和某些癌症有很强的关系。既然这两种蛋白起了上游一连串的效应,那么对这些蛋白如何指导可变剪接决定,在纠正导致很多疾病的不恰当剪接决定的靶向治疗中,能够起更大的推动作用。(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:

Rbfox proteins regulate alternative mRNA splicing through evolutionarily conserved RNA bridges
Abstract:Alternative splicing (AS) enables programmed diversity of gene expression across tissues and development. We show here that binding in distal intronic regions (>500 nucleotides (nt) from any exon) by Rbfox splicing factors important in development is extensive and is an active mode of splicing regulation. Similarly to exon-proximal sites, distal sites contain evolutionarily conserved GCATG sequences and are associated with AS activation and repression upon modulation of Rbfox abundance in human and mouse experimental systems. As a proof of principle, we validated the activity of two specific Rbfox enhancers in KIF21A and ENAH distal introns and showed that a conserved long-range RNA-RNA base-pairing interaction (an RNA bridge) is necessary for Rbfox-mediated exon inclusion in the ENAH gene. Thus we demonstrate a previously unknown RNA-mediated mechanism for AS control by distally bound RNA-binding proteins.

 

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