编辑推荐：
为解决 mRNA 定位到细胞突起的分子机制问题，美国国立癌症研究所的研究人员开展了相关研究，发现 CNBP 与 KIF1C 形成复合体助力 mRNA 运输。该成果揭示新机制，为理解疾病机制提供线索，值得科研人员一读。
在细胞的微观世界里，mRNA（信使核糖核酸）的定位就像一场精密的运输游戏，它对于细胞的正常运作起着至关重要的作用。mRNA 定位到特定的亚细胞区域，能精准调控基因表达的时空模式，影响着细胞命运决定、胚胎发育、神经元生长、细胞迁移等众多生命过程。就好比一个城市的物资配送，只有把货物精准送到需要的地方，城市才能高效运转。
为了实现 mRNA 的精准定位，细胞采用了多种运输机制，其中借助分子马达沿着细胞骨架进行的主动运输备受关注。在这个过程中，mRNA 就像货物，分子马达（如驱动蛋白、动力蛋白和肌球蛋白）则是运输车辆，它们能把 mRNA 运输到细胞的特定位置。不过，在这个看似有序的运输过程中，仍有许多谜团等待解开。尽管科学家们已经知道一些 mRNA 定位的大致机制，但对于 mRNA 上的定位元件如何与运输机器相互作用，以及在高等生物中这种运输过程的详细分子机制，我们了解得还十分有限。特别是在哺乳动物系统中，很多参与 mRNA 运输的 RNA 结合蛋白（RBP），它们识别的 RNA 信号以及与分子马达的关联都尚不明确。这就好比知道有快递员在送货，但不清楚他们是如何找到货物、如何确定送货路线的。
为了深入探究这些问题，来自美国国立癌症研究所（NIH）的 Konstadinos Moissoglu、Tianhong Wang 等研究人员展开了一场探索之旅。他们的研究成果发表在《Cell Reports》期刊上，论文标题为 “A KIF1C-CNBP motor-adaptor complex for trafficking mRNAs to cell protrusions” 。经过一系列研究，他们发现了一种全新的分子机制：RNA 结合蛋白 CNBP（细胞核酸结合蛋白）能够直接结合到定位在细胞突起的 mRNA 的 3'UTR（非翻译区）的富含 GA 区域，并且与驱动蛋白 KIF1C 相互作用，将 KIF1C 招募到 mRNA 上，形成一个 “运输小队”，帮助 mRNA 沿着微管运输到细胞突起部位。这一发现不仅揭示了 KIF1C 与 mRNA 货物结合的分子机制，还发现了一个全新的用于 mRNA 运输的 “马达 - 适配体” 复合体，为我们理解细胞内 mRNA 的运输机制打开了一扇新的大门。
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。他们通过免疫沉淀技术，把与 mRNA 结合的蛋白 “抓” 出来，分析究竟哪些蛋白参与了 mRNA 的定位过程；利用荧光原位杂交技术（FISH），就像给 mRNA 装上了荧光 “小灯”，直观地观察 mRNA 在细胞内的分布情况；采用单分子 mRNA 追踪技术，实时跟踪单个 mRNA 分子在细胞内的运动轨迹，了解它们的运输动态。这些技术就像给研究人员配备了强大的 “显微镜” 和 “探测器”，帮助他们深入细胞内部，一探究竟。
下面让我们一起来看看研究人员通过这些技术获得了哪些有趣的结果吧。
寻找与突起定位 mRNA 结合的蛋白质
研究人员知道，一些定位在细胞突起的 mRNA 会与 KIF1C 驱动蛋白结合，被运输到细胞外周。而 mRNA 的 3'UTR 区域的序列对于这种定位起着关键作用。为了找出连接这些 mRNA 和 KIF1C 驱动蛋白的关键因子，研究人员进行了一场 “大海捞针” 式的实验。他们把带有特定序列的 mRNA 片段固定在珠子上，然后与细胞裂解液混合，让能与 mRNA 结合的蛋白 “自投罗网”。通过银染和质谱分析，他们发现了多个与具有定位能力的 mRNA 片段结合的蛋白，其中包括 hnRNPA2/B1、hnRNPH1、hnRNPH2、hnRNPF 和 CNBP 等 RNA 结合蛋白。为了进一步验证这些蛋白的作用，他们又进行了一系列实验，发现这些蛋白与定位在细胞突起的 mRNA 的结合具有特异性，而且这种结合很多都依赖于 mRNA 的 3'UTR 区域的富含 GA 序列。这就像是找到了一群可能参与 mRNA 运输的 “候选队员”，为后续研究指明了方向。
CNBP 对 mRNA 定位到细胞质突起至关重要
在众多 “候选队员” 中，CNBP 引起了研究人员的特别关注。为了验证 CNBP 在 mRNA 定位中的作用，研究人员分别采用了小干扰 RNA（siRNA）和 CRISPR-Cas9 基因编辑技术，就像给 CNBP “踩了刹车”，降低它在细胞中的表达。结果发现，当 CNBP 的表达减少时，Rab13 和 Net1 等 mRNA 向细胞突起的定位明显受到影响，这些 mRNA 原本像有导航一样能精准到达细胞突起部位，现在却迷失了方向，更多地聚集在细胞核周围。而且这种现象在小鼠和人类细胞中都得到了验证。这表明 CNBP 就像是 mRNA 运输过程中的 “导航员”，对于 mRNA 定位到细胞质突起起着不可或缺的作用。
CNBP 直接结合突起定位的 mRNA
CNBP 是如何发挥 “导航员” 作用的呢？研究人员猜测它可能直接与 mRNA 结合。为了证实这一猜想，他们进行了体内交联实验。先用甲醛让 RNA 和与之紧密接触的蛋白质形成共价键，然后把 CNBP 免疫沉淀下来，检测与它结合的 mRNA。结果发现，CNBP 确实能与 Rab13、Net1 和 KIF1C 等突起定位的 mRNA 结合。而且，当研究人员构建了带有不同 RAB13 3'UTR 序列的报告基因时，发现 CNBP 更倾向于结合带有完整 GA-rich 序列的 mRNA，这表明 CNBP 与 mRNA 的结合依赖于 3'UTR 的 GA-rich 序列，就像 CNBP 能凭借这个序列 “识别” 出要运输的 mRNA 货物。
CNBP 参与微管依赖的 mRNA 运输并与 KIF1C 相互作用
mRNA 运输到细胞突起依赖于 KIF1C 驱动蛋白和微管。研究人员想知道 CNBP 在这个过程中扮演什么角色。他们构建了一种改进的报告基因，通过单分子 RNA 追踪技术观察 mRNA 的运动。结果发现，当敲低 CNBP 的表达时，mRNA 的长距离、定向运动明显减少，这说明 CNBP 和 KIF1C 一样，都参与了微管依赖的 mRNA 运输过程。此外，研究人员还发现 CNBP 和 KIF1C 之间存在物理相互作用，这种相互作用不依赖于 RNA。通过共免疫沉淀和邻近连接测定（PLA）等实验，他们证实了这两种蛋白在细胞内会相互结合，而且这种结合在细胞质中广泛存在，不过在细胞外周却不明显。这表明 CNBP 和 KIF1C 可能在细胞质中 “组队”，一起帮助 mRNA 运输，但到了细胞外周，它们的 “合作模式” 可能发生了变化。
CNBP 是 KIF1C 招募到突起定位 mRNA 所必需的
既然 CNBP 与 mRNA 和 KIF1C 都有联系，那么它是不是像一个 “桥梁”，把 KIF1C 招募到 mRNA 上呢？为了验证这一假设，研究人员敲除了 CNBP 的表达，然后免疫沉淀 KIF1C，检测与它结合的 mRNA 的数量。结果发现，在没有 CNBP 的情况下，KIF1C 与突起定位的 mRNA 的结合显著减少。这说明 CNBP 就像一个 “媒人”，对于 KIF1C 与突起定位的 mRNA 的结合至关重要，没有它，KIF1C 就很难找到自己的 “货物”。
KIF1C - CNBP 复合物在突起定位 mRNA 的 GA-rich 区域被招募
研究人员进一步研究发现，针对 RAB13 mRNA 的 GA-rich 区域的反义寡核苷酸（PMOs）能够干扰 CNBP 和 KIF1C 与 RAB13 mRNA 的结合。当把这些 PMOs 导入细胞后，CNBP 和 KIF1C 与 RAB13 mRNA 的结合明显减少，但对它们与另一种突起定位的 mRNA（NET1 mRNA）的结合却没有影响。这表明 GA-rich 区域就像一个 “停靠站”，CNBP 先结合到这个区域，然后招募 KIF1C，形成的复合物再带着 mRNA 沿着微管运输到细胞突起部位。
综合以上研究结果，研究人员发现了 CNBP 在 mRNA 定位到细胞突起过程中的关键作用，它通过结合 mRNA 的 3'UTR 的 GA-rich 序列，与 KIF1C 相互作用，将 KIF1C 招募到 mRNA 上，形成一个 “马达 - 适配体” 复合体，帮助 mRNA 实现微管依赖的运输。这一发现意义重大，它为我们揭示了细胞内 mRNA 运输的新机制，让我们对细胞内的 “物流系统” 有了更深入的了解。
此外，这项研究还为理解某些疾病的发病机制提供了新的线索。CNBP 基因的改变与强直性肌营养不良 2 型（DM2）相关，研究 CNBP 在 mRNA 运输中的作用，有助于我们进一步探究 DM2 的发病原因，未来或许能为开发相关治疗方法提供理论依据。虽然目前的研究还存在一些局限性，比如还不能确定 CNBP 是否独自就能完成 KIF1C 的招募，以及 CNBP 和 KIF1C 在细胞外周的相互作用变化的具体机制等，但这些问题也为后续研究指明了方向。相信在未来，随着研究的不断深入，我们将揭开更多细胞内 mRNA 运输的神秘面纱，为生命科学和医学领域带来更多的突破。
