探秘基因调控密码：INO80E 与 HIRIP3 基因的独特表达调控机制

研究人员为探究头对头重叠基因表达调控机制，研究 INO80E 和 HIRIP3 基因，发现其依赖多种作用，有重要意义。

　　在生命的微观世界里，基因就像精密的仪器，各自执行着独特的功能。基因之间的相互作用和调控更是充满了奥秘。其中，重叠蛋白编码基因在真核生物基因组中的存在早已为人所知，但它们在调控基因表达方面的作用却远未被完全理解。例如，头对头重叠的蛋白编码基因之间的反义转录会产生多种后果，包括可能的转录干扰，这可能导致重叠基因表达异常。然而，对于这些现象的具体机制和影响，科学家们仍在不断探索。

为了深入了解这一神秘的领域，来自亚当?密茨凯维奇大学（Adam Mickiewicz University）的研究人员 Natalia Ryczek、Aneta ?y?、El?bieta Wanowska 等人开展了一项关于头对头重叠基因 INO80E 和 HIRIP3 表达调控机制的研究。该研究成果发表在《Communications Biology》杂志上，为我们揭示了基因调控的新奥秘。

在研究中，研究人员运用了多种技术方法。首先是生物信息学分析，通过对已有的表达估计研究结果进行分析，以及在相关数据库中查找信息，为后续实验提供了理论基础。其次是 RNA 反义纯化（RAP）及相关技术，包括 RAP-PCR 和 RAP-MS，用于检测 RNA:RNA 双链的形成以及与之结合的蛋白质。此外，还运用了基因敲低实验，使用反义锁核酸（LNA?）GapmeRs 或小干扰 RNA（siRNA）来沉默特定基因的表达，观察对其他基因的影响。同时，染色质免疫沉淀（ChIP）实验用于研究聚合酶活性和染色质可及性，而 CRISPR/Cas9 介导的甲基化技术则用于改变基因启动子区域的甲基化状态，探究其对基因表达的影响。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 基因的基因组组织和表达：通过对数据库的分析和实验验证，发现 INO80E 基因有多种 mRNA 异构体，其中一种在 5’端延长（INO80E201）；HIRIP3 基因也有多种异构体，部分与 INO80E - 201 异构体重叠。进一步研究发现，HIRIP3 基因的表达水平高于 INO80E 基因，且重叠异构体的表达量相对较低，可能具有调节作用而非编码蛋白质的作用。同时，通过对不同组织和细胞系样本的分析，发现 INO80E 和 HIRIP3 基因的表达呈显著正相关123。
2. 重叠异构体的定位和相互作用：研究表明，INO80E - O 异构体主要位于细胞核中，与染色质相关，提示其具有调节功能。通过 RAP - PCR 实验证实，INO80E 和 HIRIP3 的重叠异构体能够形成 RNA:RNA 双链。这种双链的形成具有稳定 mRNA 的作用，例如，沉默 INO80E - O 后，重叠的 HIRIP3 - O 异构体降解速度加快。此外，通过 RAP - MS 分析发现，与 RNA:RNA 双链结合的蛋白质包括与 R 环相关的蛋白以及参与剪接和 mRNA 稳定性的蛋白，其中 ELAVL1 蛋白能够与双链结合，对其稳定性起到重要作用456。
3. R 环的形成和作用：研究发现 INO80E - O 异构体能够形成 R 环，通过对 R 环相关数据库的搜索和实验验证，证实了 R 环的存在。过表达 RNase H1 的实验表明，R 环的存在会影响基因的表达，它可能会阻断 INO80E - O 的转录，促进其他异构体的转录。然而，实验结果也显示，R 环在 HIRIP3 基因的调控中似乎并不起主要作用78。
4. 染色质可及性和转录因子的影响：通过 ChIP 实验和转座酶可及染色质分析（ATAC）实验发现，沉默 INO80E - O 异构体后，染色质可及性发生变化，RNA 聚合酶 II 在基因启动子区域和基因体上的分布也发生改变。此外，对 INO80E 和 HIRIP3 基因启动子区域进行去甲基化实验，发现转录因子 RARG 对这两个基因的表达具有重要影响，敲低 RARG 基因的表达会导致 INO80E 和 HIRIP3 基因异构体的表达下降910。

综合以上研究结果，研究人员提出了 INO80E - O 异构体调节基因表达的两种机制：R 环形成和 RNA:RNA 双链形成。这两种机制都有助于维持染色质的可及性，防止转录干扰。当 RARG 转录因子结合后，INO80E - O 异构体转录形成 R 环，虽然会阻断后续 INO80E - O 异构体的转录，但能保持染色质开放，有利于其他基因的转录；当 R 环未形成或被解除时，INO80E - O 的 5’UTR 末端可与 HIRIP3 - O 异构体相互作用形成 RNA:RNA 双链，同样能稳定相关异构体并保持染色质可及性。然而，研究也发现，RNA:RNA 双链的形成对于两个基因的稳定同时表达更为关键，缺乏这种双链结构会导致染色质可及性改变和转录干扰。

这项研究不仅揭示了 INO80E 和 HIRIP3 基因独特的表达调控机制，为我们理解基因重叠的功能和意义提供了重要线索，还为后续研究基因表达调控网络和相关疾病的发生机制奠定了基础。它让我们更加深入地认识到基因世界的复杂性和精妙性，为生命科学领域的进一步探索打开了新的大门。