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Nucleic Acids Research | circRNA的生成效率影響母基因蛋白表達水平
來源: | 作者:geneseed | 發布時間: 2019-12-10 | 227 次瀏覽 | 分享到:

脊髓性肌萎縮癥(SMA),一類由脊髓前角運動神經元變性導致肌無力、肌萎縮的疾病,SMN基因與SMA密切相關。人類有SMN1和SMN2兩個同源基因,SMN2雖然與SMN1高度同源,但由于其在第7個外顯子發生堿基突變(C變成T),導致外顯子7不包含在成熟的蛋白中,不能發揮SMN1同樣的功能。目前,可通過藥物Nusinersen,恢復SMN2外顯子7的剪接,或者通過腺相關病毒載體遞送SMN1基因的基因治療方法,改善了小鼠模型和患者的SMA表型。盡管兩種療法均能提供顯著的臨床改善,但沒有一種療法可以完全治愈SMA,而且并非所有患者對治療的反應均相同。因此,有必要對SMN表達調控機制進行更深入的探索。

越來越多的研究表明,circRNAs在基因調控中具有重要的作用。促進circRNAs生物發生的主要機制是反向重復序列的存在,尤其是反向的Alu重復序列。此外,識別內含子區域的RNA結合蛋白(RBP)的二聚化也可以促進circRNA的生物發生。然而,目前尚不清楚RBP是否利用Alus來介導circRNAs的生物發生。值得一提的是,SMN1基因是人類基因組中Alus元件豐度最高的基因之一,結合Alus在circRNA生成作用中的機制認識,SMN1基因來源的circRNA生成過程與這個基因的表達和功能有什么關系呢?

2019年11月28日,意大利天主教圣心大學Claudio Sette教授實驗室在Nucleic Acids Res(中科院JCR一區,IF=11.147)雜志上發表了一篇題為Sam68 binds Alu-rich introns in SMN and promotes pre-mRNA circularization 的研究論文,揭示了RBP蛋白Sam68通過結合SMN mRNA前體中的Alus,促進circRNA的生物發生的分子機制。


該研究首先發現SMN基因中存在大量的Alus元件,其中有很多以反向排列,形成反向互補序列。進一步,作者通過沉默細胞中RNA解旋酶DHX9,增加SMN mRNA前體反向互補配對的幾率,發現這些反向互補序列的配對負調控SMN基因的轉錄進程。


圖1 反向重復Alus元件負調控SMN基因轉錄


接下來,研究發現
,干擾DHX9后,起源于SMN基因的circRNAs生物發生減少,SMN蛋白豐度增加,所以推測減少SMN 來源circRNAs的生成是否可以恢復SMN蛋白的含量。為了檢測這一假設,該研究使用ASO(an antisense oligonucleotide),干擾了由SMN外顯子8內隱性剪切位點形成的circRNA的形成,結果發現在細胞中轉染ASO后,SMN前體mRNA的轉錄沒有發生變化,但SMN蛋白的豐度明顯地增加了20%,表明cicrRNA與基因座的蛋白質編碼進行潛在的競爭。

圖2 干擾SMN circRNA的生物發生影響SMN蛋白的表達


考慮到
RBP蛋白可以識別內含子區域,從而促進circRNAs的生物發生,該研究在這些序列中搜索了RBP特異性基序,并確定了四個RBP的強結合位點:Sam68,TIA-1和hnRNP F / H。敲除實驗表明,只有敲除Sam68導致幾種SMN circRNA的表達顯著降低。隨后通過CLIP(UV crosslink immunoprecipitation)實驗進一步表明Sam68和SMN基因的內含子強烈結合。

圖3 Sam68與富含IRAlu的內含子互作


Sam68將單鏈富含A / U的二聚體基序識別為目標轉錄本中的二聚體。由于這種高親和力結合位點在Alus側翼區域也非常豐富,因此該研究假設Sam68與這些Alu近端區域的結合及其同源二聚化可能有助于使位于遙遠內含子中的IRAlus更加接近,從而有利于circRNA生物發生。通過
缺失突變反向互補序列或RBP結合位點,發現兩者均會影響circRNAs的生物發生,并且同時缺失Alu和Sam68結合區會引起累加效應,表明Sam68與IRAlu配對合作促進SMN 前體mRNA的環化。


綜上所述,
該研究發現SMN內含子中富含豐富的Alu元件,并可以形成反向互補配對,促進SMN 的環化。另外,該研究還發現RBP蛋白Sam68可以與SMN 前體mRNA中的內含子互作,也促進circRNA生物發生。總之,該研究揭示了SMN基因座的新型調節層,可能對SMA產生影響。


參考文獻

1.Pagliarini, V., Jolly, A., Bielli, P., Di Rosa, V., De la Grange, P., & Sette, C. (2019). Sam68 binds Alu-rich introns in SMN and promotes pre-mRNA circularization. Nucleic acids research.

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