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【學術前沿】吃豆人不能沒有剎車：RNA降解的全新負調控機制

由澎湃新聞客戶端發表于棋牌
2022-03-13

簡介來源於Garneau et al

負rna出現有什麼意義

以下文章來源於JMCB科學前沿，作者羅卓娟課題組

JMCB科學前沿

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RNA的穩定性調控是基因表達調控的重要機制之一。需要長期高水平表達的mRNA，如管家基因，β-globin以及合子內母源mRNA具有較長的半衰期；相反，一些需要短期高表達並快速終止的mRNA則具有較短的半衰期，包括細胞週期和免疫反應的相關基因等。

圖1。來源於Garneau et al。

Nat。 Rev。 Mol。 Cell Biol。， 2007

RNA的脫腺苷酸化，即poly（A）尾巴的去除，是細胞內大多數RNA降解的起始與限速步驟（圖1）。失去尾巴保護的RNA隨後發生脫帽作用，進而被5’和3’外切酶快速降解。哺乳動物中最主要的脫腺苷酸化酶是CCR4-NOT，經常在模式圖中以“吃豆人”形象出現（圖1）。CCR4-NOT可以被mRNA上的各種元件透過相應蛋白的相互作用而招募從而促進RNA脫尾降解，包括經典的microRNA和RISC複合物【1-3】，以及近年來被廣泛關注的RNA修飾m6A和其結合蛋白YTHDF2等【4】。但是除了這些促進RNA降解的招募模型，我們對CCR4-NOT的負調控機制知之甚少。

近日，林承棋、羅卓娟課題組在學術期刊Journal of Molecular Cell Biology（JMCB）發表了題為“RNF219 interacts with CCR4NOT in regulating stem cell differentiation”的研究成果，發現了脫腺苷酸化酶CCR4-NOT的負調控因子RNF219及其在幹細胞分化中的重要作用。

研究首先透過質譜發現了一個新的CCR4-NOT複合體相互作用因子RNF219。進一步實驗發現RNF219透過其C末端500-600aa與CCR4-NOT形成一個穩定的複合體。體外脫尾實驗發現RNF219的加入並不影響CCR4NOT的脫腺苷酸化酶活性。然而有意思的是，細胞內脫尾實驗卻發現RNF219能夠阻礙miRNA以及m6A介導的報告基因脫尾。RNF219的抑制作用依賴於其與CCR4-NOT複合體之間的相互作用而並不依賴於其RING finger結構域。

在小鼠胚胎幹細胞中敲低RNF219導致二細胞特異性轉錄本以及神經發育相關基因的顯著下調。有趣的是，這些RNF219敲低後下調的基因在CNOT10敲低的小鼠胚胎幹細胞中發生了上調。我們還發現敲低RNF219導致這類基因的poly（A）尾變短、RNA穩定性降低，說明RNF219是脫腺苷酸化酶CCR4-NOT的負調控因子。最後，RNF219敲除的小鼠胚胎幹細胞喪失了向神經譜系分化的能力。

圖2。本研究的分子機制模式圖

本研究發現了一個全新的CCR4-NOT負調控因子——RNF219，透過阻礙二細胞特異性轉錄本以及神經發育相關基因的脫尾降解，從而維持胚胎幹細胞向神經譜系的分化能力。本研究豐富了RNA降解調控網路，為進一步探究幹細胞的分化發育機制提供了理論支援，並且有助於人們理解RNF219相關人類疾病的發病機制。

參考文獻

1。 Braun， J。E。， et al。， GW182 proteins directly recruit cytoplasmic deadenylase complexes to miRNA targets。 Mol。 Cell， 2011。 44（1）： p。 120-33。

2。 Fabian， M。R。， et al。， miRNA-mediated deadenylation is orchestrated by GW182 through two conserved motifs that interact with CCR4-NOT。 Nature Structural & Molecular Biology， 2011。 18（11）： p。 1211-U52。

3。 Chekulaeva， M。， et al。， miRNA repression involves GW182-mediated recruitment of CCR4-NOT through conserved W-containing motifs。 Nature Structural & Molecular Biology， 2011。 18（11）： p。 1218-U62。

4。 Du， H。， et al。， YTHDF2 destabilizes m（6）A-containing RNA through direct recruitment of the CCR4-NOT deadenylase complex。 Nature Communications， 2016。 7。

作者簡介

林承棋課題組主要研究細胞命運決定過程中的轉錄及表觀遺傳學調控機制，及其失調在人類疾病發生髮展中的作用機理。主要透過生物化學、基因組學、細胞生物學等手段分析闡述其對於維持幹細胞自我更新及分化的影響；並利用轉基因小鼠模型分析其在發育與疾病中的作用。該課題組前期鑑定了超級轉錄延伸複合物（Super Elongation Complex，SEC）及其SEC-like複合物家族。SEC複合物是介導RNA Pol II從轉錄暫停狀態向轉錄延伸狀態轉變的關鍵調控因子。該課題組近期的研究表明，鋅指蛋白ZFP281可特異性地募集SEC及SEC-like複合物到增強子，進而調控幹細胞分化。此外，ZFP281亦與H3K4me3甲基轉移酶相互拮抗沉默轉座子，從而調控基因組穩定性。

羅卓娟課題組主要研究基因組印記和X染色體失活。基因組印記和X染色體失活是透過表觀遺傳學機制嚴格控制基因表達劑量的獨特現象，對於哺乳動物的生長髮育起到至關重要的作用。印記失調或X染色體失活逃逸會導致胚胎期及出生後發育異常，進而引發包括癌症、行為失常在內的多種人類疾病。本課題組主要集中探索：1）在早期胚胎髮育及成體細胞中，建立及維持正確的印記及X染色體失活狀態的機制；2）印記基因及X連鎖基因的異常表達與發育缺陷及人類疾病之間的關係。