线虫端粒酶RNA借助生殖细胞中上调基因的内含子进行“搭便车”

端粒酶RNA亚基terc-1通过内含子“搭便车”机制在生殖细胞中维持端粒长度，确保物种生存。在C. elegans中，terc-1作为内含子lncRNA存在于germline基因nmy-2的 intron 2中，依赖dyskerin和TCAB-1完成成熟，并通过hitchhiking机制将端粒酶活性传递给生殖细胞，实验证明基因组上下文对功能至关重要。

　　

编辑总结

为了确保物种的生存，生物体必须将完全延长的端粒DNA传递给下一代。如果没有完全延长，端粒DNA会随着每一代的传递而逐渐缩短，最终导致DNA丢失和物种灭绝。端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，能够促进端粒的延长，但其组织特异性激活机制至今仍不清楚。Takeda等人发现，在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中，一种新鉴定的端粒酶RNA亚基terc-1通过“搭便车”的方式存在于nmy-2基因的内含子中。将terc-1移植到生殖细胞表达基因的内含子中可以使其具有永生特性，这表明线虫的端粒酶RNA利用了生殖细胞上调基因的内含子来保障物种的生存。——Di Jiang

结构摘要

引言

染色体末端的端粒DNA在每次细胞分裂时都会缩短，最终引发细胞衰老。端粒酶是一种由催化亚基和RNA模板组成的逆转录酶，在某些细胞类型（如癌细胞和干细胞）中活跃，以抵消这种缩短并实现持续的细胞增殖。生殖细胞也表现出高水平的端粒酶活性，这不仅有助于生殖干细胞的增殖，还能将足够长的端粒传递给后代，从而保障物种的生存。事实上，在整个生物体的生命周期中，生殖细胞的端粒比大多数体细胞前体细胞更长。然而，组织特异性端粒酶激活的机制以及端粒DNA的跨代遗传机制仍知之甚少。

研究背景

为了研究端粒的跨代维持机制，我们利用了秀丽隐杆线虫较短的世代时间（约3天）。尽管秀丽隐杆线虫是一种广泛使用的模式生物，但在此之前尚未在其体内发现端粒酶RNA，可能是因为它的基因组定位较为特殊，难以用标准方法进行基因注释，而典型的端粒酶RNA基因则是从其自身的启动子转录而来的。

结果

为了寻找这种难以发现的线虫端粒酶RNA，我们培育了一种过表达FLAG-TRT-1（端粒酶的催化亚基）的秀丽隐杆线虫品系。通过增强型交联和免疫沉淀（eCLIP）技术对与FLAG-TRT-1相关的RNA进行生化纯化，我们在nmy-2基因的内含子2中鉴定出一种长非编码RNA（lncRNA），称为terc-1（端粒酶RNA组分1）。terc-1的突变会导致端粒逐渐缩短并使后代不育，从而证实terc-1是首个以内含子lncRNA形式表达的功能性端粒酶RNA。

在布氏隐杆线虫（C. briggsae）和日本隐杆线虫（C. japonica）的nmy-2基因内含子中也发现了terc-1的类似物，说明terc-1的内含子起源可能在线虫中具有进化保守性。尽管整体序列存在差异，但体外和体内的RNA结构分析显示它们具有保守的特征，包括CR4/5结构域、H/ACA结构域以及线虫特有的结构，但在其5′区域未发现典型的假结结构。

另一项针对Dyskerin复合体的独立eCLIP研究表明，terc-1是一种与Dyskerin结合的RNA。其表达依赖于Dyskerin及其辅因子TCAB-1。此外，terc-1的前体RNA从nmy-2前体mRNA中剪接出来后会被多聚腺苷酸化，然后通过核RNA外切体修剪成熟为成熟的terc-1，表明其成熟途径与其他后生动物中的端粒酶RNA不同。

为了验证基因组位置对terc-1功能的重要性，我们将terc-1序列移植到组织特异性基因的内含子中。只有将其插入到生殖细胞表达基因的内含子中才能恢复生殖细胞的永生特性并拯救种群生存。进一步研究表明，仅在生殖细胞系中表达terc-1就足以维持端粒的长度，说明秀丽隐杆线虫的端粒长度主要由生殖细胞决定。

结论

我们的研究发现了一种物种生存策略：端粒酶RNA通过“搭便车”的方式利用生殖细胞表达基因的内含子来延长端粒。这种意想不到的调控机制被称为“内含子搭便车”，突显了端粒酶RNA的进化适应性，也可能反映了其他参与生殖细胞发育和可遗传性状传递的非编码RNA所采用的普遍策略。

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秀丽隐杆线虫端粒酶RNA的“内含子搭便车”机制。

本研究发现了秀丽隐杆线虫中一种先前未被识别的端粒酶RNA（terc-1）。terc-1以内含子lncRNA的形式表达，并经历剪接依赖的成熟过程。通过利用生殖细胞表达基因的内含子，“terc-1”在生殖细胞中变得活跃，从而实现端粒的跨代维持和物种生存。[图表由BioRender.com制作]

摘要

端粒酶是一种核糖核蛋白复合物，能够延长端粒DNA，确保生殖细胞的永生。在这项研究中，我们鉴定出了秀丽隐杆线虫的端粒酶RNA组分1（terc-1），这是首个已知的以内含子lncRNA形式表达的端粒酶RNA，它嵌入在生殖细胞上调基因nmy-2的内含子中。terc-1经历剪接、多聚腺苷酸化以及核RNA外切体依赖的成熟过程，并受到H/ACA小核糖核蛋白的稳定作用，从而利用了H/ACA小核糖核RNA（snoRNA）的生物合成机制。terc-1的突变会导致端粒逐渐缩短并使后代不育。将nmy-2基因的内含子人工移植到生殖细胞表达基因的内含子中（而非非生殖细胞表达基因的内含子中）可以恢复生殖细胞的永生特性，这突显了基因组背景的重要性。我们的研究结果表明，线虫的端粒酶RNA是一种类似snoRNA的内含子lncRNA，它利用生殖细胞上调基因的内含子来保障物种的生存。