Hub1过表达驱动酿酒酵母转录重编程和选择性剪接的综合分析揭示其双重调控机制

本研究针对Hub1过表达在酿酒酵母中的全基因组效应尚不明确的问题，研究人员通过整合生物信息学方法分析RNA-seq数据，发现Hub1过表达导致3,915个差异表达基因（DEGs）和DYN2外显子跳跃事件（FDR=0.0481），揭示Hub1通过调控弱剪接位点基因的剪接精度和代谢重编程（如次级代谢物生物合成上调和核糖体生物合成下调），在转录和转录后层面协调细胞应激适应与稳态维持的双重调控作用。

　　

在真核生物中，基因表达的精确调控犹如一场精心编排的交响乐，其中转录后调控机制特别是pre-mRNA剪接过程扮演着关键角色。这场"分子交响乐"的核心指挥之一是一类特殊的泛素样蛋白（UBLs），它们不同于典型介导蛋白降解的泛素，而是通过非共价相互作用调控RNA加工 machinery。Hub1（在高等生物中称为UBL5）正是这样一个进化上保守的分子指挥家，它在酿酒酵母中通过增强弱剪接位点pre-mRNA的剪接效率，显著提升了基因表达的灵活性与精确度。

尽管科学家们已经知道Hub1能够与剪接体组分如Snu66相互作用，并参与线粒体维持、转录控制和细胞应激适应等多种生物学过程，但其过表达所带来的全基因组效应仍笼罩在迷雾之中。特别是在应激条件下（如DNA损伤和氧化应激），Hub1如何协调转录组和剪接组的重编程以维持细胞稳态，仍然是一个亟待解答的科学问题。酿酒酵母作为研究模型具有独特优势：其基因组紧凑且注释完善，内含子密度低（仅约5%基因含有内含子），但许多含有内含子的基因却具有非经典剪接位点，这使得Hub1的功能研究更具代表性且能为人类剪接相关疾病提供启示。

为了揭开Hub1过表达的神秘面纱，N.M Asif Billah等研究人员在《BMC Genomics》上发表了最新研究成果。他们通过对GEO数据库GSE84215中的RNA-seq数据进行多维度整合分析，包括差异基因表达、选择性剪接、功能富集和网络构建等方法，系统揭示了Hub1过表达如何驱动转录重编程和剪接调控的协同变化。

研究人员采用的主要技术方法包括：从NCBI GEO获取酿酒酵母Hub1过表达和野生型对照的RNA-seq数据（6个样本，3个生物学重复/条件）；使用HISAT2进行序列比对和featureCounts进行基因定量；通过DESeq2进行差异表达分析（阈值padj<0.05）；利用rMATS检测选择性剪接事件（FDR<0.05）；运用MaxEntScan评估剪接位点强度；采用clusterProfiler进行GO和KEGG富集分析；通过WGCNA构建基因共表达网络；使用STRINGdb构建蛋白质相互作用网络。

差异基因表达分析

研究发现Hub1过表达引起了广泛的转录组重编程，共鉴定出3,915个差异表达基因（DEGs），其中1,964个基因上调，1,951个基因下调，呈现平衡但深远的转录变化。主成分分析（PCA）显示Hub1过表达解释了98%的转录组变异，表明其主导性调控影响。最显著上调的基因包括YJR005C-A（log₂FC=+4.97）、YOR382W（+4.11）和YMR058W，这些基因主要涉及RNA加工和应激响应过程。

功能富集和通路分析

基因本体（GO）富集分析显示，差异表达基因显著富集于蛋白水解、磷代谢过程和小分子生物合成等生物学过程。KEGG通路分析表明，上调通路包括次级代谢物生物合成、碳代谢和嘌呤代谢，而下调通路涉及核糖体、细胞周期和类固醇生物合成。基因集富集分析（GSEA）进一步支持了p53信号通路（NES=1.255）和内吞作用（NES=1.342）的激活，以及细胞周期（NES=-0.692）的抑制。

选择性剪接分析

通过rMATS分析，研究人员检测到7个外显子跳跃（SE）事件，其中DYN2基因表现出显著的差异剪接（FDR=0.0481，△PSI=-0.036）。MaxEntScan分析证实DYN2的5'剪接位点强度显著弱于经典酵母剪接位点（得分=-18.32，p=0.03），这与Hub1促进非共识剪接的功能一致。Sashimi图验证了DYN2外显子包含模式的改变，尽管变化幅度较小但具有统计显著性。

外显子使用分析

DEXSeq分析揭示了48个差异使用的外显子（27个下调，21个上调），包括线粒体基因组位点和核糖体亚基相关外显子，表明Hub1的剪接调控作用延伸至细胞器转录本。

加权基因共表达网络分析

WGCNA识别出61个共表达模块，其中棕色模块与Hub1过表达呈最强正相关（r=0.99，p<0.001），该模块富集于次级代谢物生物合成、氨基酸生物合成、蛋白酶体和碳代谢通路。相反，深橄榄绿（r=-0.91）和黄色（r=-0.81）模块显示负相关，表明生长相关程序的抑制。

异构体水平定量分析

转录本水平分析显示DYN2表达显著上调（TPM从100.0±0.8增至117.1±0.5，log₂FC=0.228，p=5.74×10^-6），表明Hub1同时调控DYN2的剪接和转录输出。

剪接位点 motif 分析

对Hub1调控外显子的剪接位点强度评估发现，这些外显子的5'供体和3'受体位点强度普遍较弱，支持Hub1通过促进弱剪接位点识别来调节剪接精度的模型。

蛋白质-蛋白质相互作用分析

STRINGdb分析揭示了Hub1与35个直接相互作用蛋白组成的网络，包括剪接体组分（如YBR111W-A/SNU66同源物）和染色质重塑因子，表明Hub1在整合剪接与转录调控中的核心作用。

研究结论与讨论部分强调，Hub1过表达驱动了协调的转录和转录后变化，促进代谢重编程的同时特异性调控弱剪接位点基因（如DYN2）的剪接。这些发现确立了Hub1作为连接转录控制与剪接精度的双重调节因子，其通过协调这两个调控层面，增强细胞在应对内外环境 cues 时微调基因表达程序的能力，突显了其在维持细胞稳态和适应能力中的核心作用。该研究不仅深化了对UBL蛋白功能多样性的理解，还为人类剪接相关疾病机制研究提供了重要参考。