主持人：「請說出由同一偏旁部首的四個不同字組成的一個詞語。」
普通青年：「江河湖海」
文藝青年：「魑魅魍魎」
二逼青年：「哼嗬哈嘿」
醫學生：「結締組織」
主持人追問：「五個字的呢？」
眾人沉默，醫學生答到：「腓腸肌腱膜」
主持人不甘心問六個字呢，
醫學生淡定的說：「結締組織纖維」
撰稿 | 中國醫學科學院蘇州系統醫學研究所馬烽課題組張帆博士
審校 | 馬烽研究員
哺乳動物的基因組可以轉錄產生大量編碼和非編碼RNA，其中一些長鏈非編碼RNA (lncRNAs)和啟動子/增強子相關的不穩定轉錄本(uaRNA、eRNA)更傾向於在細胞核內與染色質相互結合，以順式或反式富集到轉錄位置或遠端的基因組區域，並參與調控染色質結構、轉錄和RNA加工等過程。
雖然已經鑑定出幾種負責細胞核定位的RNA序列，如lncRNA Xist中的重複序列和長RNAs中的Alu-like元件，但為何大部分lncRNA會滯留於染色質上行使調控功能仍然未知。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2105-3
最近，清華大學沈曉驊團隊研究發現U1 snRNP調控非編碼RNA的染色質結合的新機制。該項研究成果於今年3月發表在Nature上。為了探究lncRNA的染色質結合機制，研究人員首先建立和運用一套新穎的mutREL-seq方法來進行高精度篩選調控RNA定位的關鍵序列，意外發現了識別U1小核核糖核蛋白(snRNP)的RNA基序對於候選RNA在染色質上的定位至關重要。隨後通過進一步的實驗揭示了U1 snRNP廣泛調控非編碼RNA與染色質的結合。
與胞胞漿定位的mRNA相比，染色質結合的lncRNAs富含5′ U1識別位點，但缺少3'剪接位點，並且U1 snRNA更多地結合在lncRNAs上。
U1 snRNP結合特定磷酸化狀態的RNA轉錄聚合酶II(Pol II)。
U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來調控lncRNAs與染色質的結合，同時也參與調控lncRNAs在染色質上的移動及其與靶基因的結合。
首先，研究人員建立的mutREL-seq方法來高精度篩選調控RNA定位的關鍵序列具有一定的新穎性。另外在發現U1 snRNP識別位點參與調控候選RNA的染色質滯留之後，研究人員分別使用antisense morpholino oligonucleotides (AMOs)和auxin-inducible degron(AID)誘導蛋白降解系統，來抑制U1 snRNA和核心蛋白組分SNRNP70的功能，通過實驗驗證U1 snRNP直接調控lncRNAs與染色質的結合，並且排除了通過影響RNA合成、加工或降解過程的動態變化所產生的間接影響，體現出研究者的邏輯縝密和實驗設計的精妙。
文章中作者最後提出的模型：在lncRNA(或uaRNA、eRNA)合成後，由於5』和3』剪接位點分布不平衡，它會持續地與U1 snRNP結合。而lncRNAs在染色質上的移動(以順式或反式富集到轉錄位置或遠端的基因組區域)可能部分通過它們與磷酸化Pol II的相互作用實現。不僅揭示了U1 snRNP介導非編碼RNA在染色質上功能和調控的新模式，而且拓寬了U1 snRNP除了剪接之外的新功能。
U1 snRNP和RNA降解機制等似乎在促進RNA-染色質關聯方面發揮了獨特的協同作用。作者猜想這些機制協同工作，以確保lncRNA在染色質上的正確表達和功能。這值得進一步的驗證。
在調控非編碼RNA在染色質上的結合和移動過程中，除了U1 snRNP, U2 snRNP，也許還有其他因素，都參與了這一過程。這也有待進一步的探究。
問題：什麼序列有助於RNA在染色質中的定位？
實驗驗證：作者建立和運用了mutREL-seq方法來高精度篩選調控RNA定位的關鍵序列。首先，作者進行了9個代表性lncRNA和mRNA轉錄的飽和片段的REL-seq篩選，然後從中選擇了NXF1-enChr進行隨機突變。在23個染色質結合受損的突變中，19個位於含有7個核苷酸的環區(位置39-45)，這7個核苷酸連同2個上遊核苷酸，組成一個與U1 snRNA的9個核苷酸5′靶向序列完美配對的U1識別位點(圖1a,b)。與mRNA相比，lncRNA轉錄本中U1識別基序的密度明顯較高，而其基因組區域3』剪接位點的密度較低(圖1c)。此外，預測的U1識別位點的密度和U1 snRNA結合水平從細胞質定位富集的mRNA到染色質定位富集的mRNA，再到染色質定位富集的lncRNA逐漸增加(圖1d)。
問題：U1 snRNP在lncRNA定位到染色質中的具體作用？
實驗驗證：作者在使用antisense morpholino oligonucleotides (AMOs)阻斷U1 snRNA的5′端識別序列，用auxin-inducible degron(AID)系統(SNRNP70AID)抑制U1 snRNP核心蛋白組分SNRNP70的功能之後，發現小鼠胚胎幹細胞中大部分lncRNA與染色質關聯減少(圖2a,b)。另外，為了驗證在lncRNA形成後，U1機制是否調控成熟轉錄本的定位，作者還進行了polyA-seq，結果與總RNA-seq顯著相關(圖2a,b)。同時，為了研究新的轉錄本是否也出現類似的變化，作者還進行了SLAM-seq，將新的轉錄本與已存在的轉錄本區分開來，結果發現抑制SNRNP70的功能之後，在492個新的轉錄本的polyA lncRNAs中大部分與染色質的關聯也降低(圖2c)。
結論：U1 snRNP調控lncRNA的染色質滯留。
問題：U1 snRNP如何調控lncRNAs與染色質的結合？
實驗驗證：作者鑑定了U1 snRNP在染色質上的互作蛋白，發現U1 snRNP結合磷酸化Pol II(圖3a)。在小鼠胚胎幹細胞中加入轉錄抑制劑黃吡醚或雷公藤甲素可降低與染色質結合的SNRNP70和SNRNPC蛋白以及U1 snRNA的水平,並且轉錄抑制也導致所分析的lncRNA的染色質關聯減少(圖3b)。這些結果表明，U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來介導其靶lncRNAs與染色質的結合。然後，作者為了揭示U1機制的生物學意義，以lncRNA Malat1為例，進一步驗證了U1 snRNP對lncRNA與染色質結合的調控作用。降解SNRNP70後，絕大部分Malat1「核斑」定位信號消失，並彌散在核質及細胞質中(圖3c)。同時，Malat1在活躍表達基因染色質區域的結合信號顯著下降(圖3d)。最後，作者提出了U1 snRNP調控lncRNA與染色質結合的機制，在lncRNA合成後，由於5』和3』剪接位點分布不平衡，它會持續地與U1 snRNP結合。而lncRNAs在染色質上的移動(以順式或反式富集到轉錄位置或遠端的基因組區域)可能部分通過它們與磷酸化Pol II的相互作用實現(圖3e)。
結論：U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來調控lncRNAs與染色質的結合。
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