翻译抑制外源性靶RNA介导的microRNA降解的分子机制研究

本研究揭示了翻译过程对靶向介导的microRNA降解(TDMD)的关键调控作用。研究人员通过构建人工报告系统，发现位于编码区(CDS)的TDMD触发序列因核糖体干扰而效率低下，而翻译抑制剂处理可显著增强其降解miRNA的能力。该发现解释了自然界中TDMD触发序列为何多位于非编码区，并为理解亨廷顿病等翻译失调疾病中的miRNA异常提供了新视角。

　　

在基因表达的精细调控网络中，microRNA(miRNA)作为重要的调控分子，通过与靶mRNA相互作用来抑制翻译或促进mRNA降解。然而有趣的是，某些靶RNA不仅能被miRNA调控，反而能诱导结合的miRNA发生降解，这种现象被称为靶向介导的microRNA降解(Target-directed miRNA degradation, TDMD)。尽管已知ZSWIM8泛素连接酶在这一过程中起关键作用，但为何自然界中有效的TDMD触发序列几乎都位于非编码区域，这一现象背后的机制仍不清楚。

为解答这一科学问题，来自佛罗里达大学等机构的研究团队在《Nature Communications》发表了重要研究成果。研究人员通过精巧的实验设计，首次揭示了翻译机器对TDMD效率的抑制作用，阐明了CDS区域TDMD触发序列效率低下的分子基础，并为理解翻译失调相关疾病中的miRNA异常调控提供了新视角。

研究采用了多项关键技术：1)构建可诱导表达的人工报告系统，将不同来源的TDMD触发序列定点插入报告基因的CDS或3'UTR区域；2)应用形态寡核苷酸和多种翻译抑制剂(如乳胶霉素LTM)调控翻译过程；3)利用高精度小RNA测序(AQ-seq)和AGO交联连接测序(AGO-CLASH)在全基因组水平鉴定翻译敏感型miRNA；4)建立亨廷顿病(HD)细胞模型研究翻译停滞对TDMD的影响；5)通过CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除ZSWIM8等关键基因验证机制。

研究结果部分的重要发现包括：

"TDMD triggers preferentially localize to noncoding regions of RNA"：系统分析显示所有已验证的内源性TDMD触发序列(如CYRANO对miR-7、BCL2L11对miR-221等)均位于非编码RNA或mRNA的3'UTR区域，提示CDS区域可能存在功能限制。

"TDMD triggers in the noncoding regions are more efficient"：通过构建靶向miR-16的人工报告系统，发现3'UTR触发序列诱导的miRNA降解效率显著高于CDS触发序列，尽管后者表达量更高。AGO免疫沉淀实验证实3'UTR触发序列与AGO的结合效率更高。

"Translational repression on CDS triggers increases miR-16 degradation"：使用靶向翻译起始位点的形态寡核苷酸阻断报告基因翻译后，CDS触发序列的TDMD效率提升至与3'UTR触发相当水平，证明核糖体阻碍了miRNA与CDS触发序列的接触。

"Ribosome stalling inducers enhance TDMD by CDS triggers"：全局翻译抑制剂如LTM(乳胶霉素)能特异性增强CDS触发序列(而非3'UTR触发)的TDMD效率，且这一现象在不同序列背景(CYRANO、BCL2L11)和不同miRNA(miR-7、miR-221)中均存在。

"Ribosome stalling in HD cells increases CDS trigger TDMD efficacy"：在亨廷顿病(HD)模型细胞中，由于突变HTT蛋白引起翻译抑制，CDS触发序列诱导的miR-16降解效率显著提高，提示翻译失调疾病中可能存在TDMD介导的miRNA异常调控。

"Identification of miRNAs sensitive to translation inhibition"：通过AQ-seq鉴定出miR-16、miR-195等翻译敏感型miRNA，但在HEK293T和HD细胞中均未找到明确的内源性CDS触发序列。

"Screening for potential CDS triggers"：AGO-CLASH发现TNFSF12转录本可能与miR-17家族形成TDMD特征性杂交结构，但内源性表达水平下未能证实其降解功能。

在讨论部分，作者指出该研究揭示了翻译机器与TDMD触发序列的空间竞争是CDS区域TDMD效率低下的关键原因。这一发现不仅解释了自然界TDMD触发序列的分布偏好，也为理解翻译失调疾病(如神经退行性疾病、Diamond-Blackfan贫血等)中的miRNA异常提供了新思路。尽管内源性CDS触发序列较为罕见，但研究证实其在特定病理条件下可能参与miRNA稳态调控。该工作建立了TDMD与翻译调控的分子联系，为人工设计高效miRNA降解系统提供了重要理论依据。