國內長非編碼RNA又一篇cell!9張圖帶你看完sno-lncRNA的研究歷程

2020-12-13 生物谷

5月4日，上海生化所的陳玲玲研究員在cell上發表題為《SLERT Regulates DDX21 Rings Associated with Pol I Transcription》的文章，該研究揭示了長

非編碼RNA

SLERT通過鬆弛DDX21的環形結構，從而促進Pol I轉錄 rRNA的重要作用。


值得注意的是，SLERT是一個sno-lncRNA。Sno-lncRNA是一類新型的長

非編碼RNA

，它們的序列中包含完整的snoRNA序列，並且該序列對sno-lncRNA的穩定性和亞細胞定位至關重要。sno-lncRNA在2012年由陳玲玲課題組率先鑑定出來，至今，已有3篇有關sno-lncRNA功能的文章在頂級期刊上發表，均出自該課題組。


隨著二代測序技術和

生物信息學

的發展，RNA測序的門檻漸低，越來越多的實驗室可以獨立開展RNA測序的分析和研究，那麼，是什麼原因使得陳玲玲研究員課題組脫穎而出，發現了這樣一類特殊的長

非編碼RNA

呢？下面，小編將用9幅圖帶大家回顧sno-lncRNA的發現和研究歷程。


2011年，陳玲玲研究員在Genome Biology上發表題為《Genomewide characterization of non-polyadenylated RNAs》的文章，該文雖未提及sno-lncRNA，但卻是這類全新的

長非編碼RNA

研究的開端。我們知道，mRNA的3』poly(A)對其穩定性非常重要，大部分長

非編碼RNA

也有3』poly(A)，但細胞中存在一類沒有ploy(A)的RNA，為了研究這類RNA如何維持自身的穩定性，他們首先對此類RNA進行了系統的鑑定。


圖1.1，是RNA-seq的建庫方法，通過3次oligo(dT)的洗脫，剩下的RNA經2次去rRNA處理，最終得到的RNA被認為是non-poly(A) RNA（也稱為poly(A)-RNA）。將poly(A)-RNA和poly(A)+RNA進行測序分析，研究人員首次得到了最全的poly(A)-RNA和poly(A)+RNA測序數據。並對含有不同長度的poly(A)的RNA的比例及poly(A)-RNA的來源做了分析（圖1.2和圖1.3）。



2012年，陳玲玲組通過分析poly(A)-RNA的數據在Molecular Cell發表首篇有關sno-lncRNA 的文章《Long Noncoding RNAs wuth snoRNA Ends》。該研究首次鑑定了5個sno-lncRNA，分別命名為sno-lncRNA1， sno-lncRNA2， sno-lncRNA3， sno-lncRNA4和sno-lncRNA5，他們均是包含2個snoRNA，並且位於3』和5』端（圖2.1）。通過進一步的研究，發現兩端的snoRNA對sno-lncRNA的穩定性至關重要（圖2.2），並且5個sno-lncRNA均定位在細胞核，與產生它們的母基因完美重合（圖2.3）。



這裡需要補充的是，產生sno-lncRNA的基因位點與普瑞德威利氏症候群緊密相關。該疾病由產生sno-lncRNA的基因位點（該基因位點包括SNORD116及IPW等基因）的缺失引發，導致患者肥胖及智力低下。sno-lncRNA在患者的基因組中的缺失，是否是疾病發生的原因呢？為了探究sno-lncRNA的功能，研究者使用RNAi的技術敲低了這5個sno-lncRNA，發現與神經發育等相關的基因發生了可變剪切（圖3.1）。通過分析CLIP-seq數據，發現5個sno-lncRNA均與剪切因子FOX2結合，並影響FOX2的功能（圖3.2）。最後提出sno-lncRNA通過與FOX2作用，保證發育正常進行的假說（圖3.2）。



2014年，陳玲玲課題組在BMC Genomics發表題為《Species-specific alternative splicing leads to unique expression of sno-lncRNAs》的文章，系統鑑定了不同物種間的sno-lncRNA，並發現sno-lncRNA具有很強的物種特異性（圖4）。



2016年，陳玲玲組在Molecular Cell上發表文章《Unusual Processing Generates SPA LncRNAs that Sequester Multiple RNA Binding Proteins》。有趣的是，這篇文章的主角——SPA，是一個5』端由snoRNA構成，3』端卻有poly(A)的sno-lncRNA（圖5.1），而之前鑑定的sno-lncRNA都是兩端都由snoRNA構成。這樣特別的sno-lncRNA是如何產生的呢？通過一系列實驗，研究人員認為SPA的產生需要snoRNA，弱poly(A)信號以及快速的RNA聚合酶II（圖5.2）。



那麼，SPA又有什麼樣的功能呢？我們注意到，在2012年的那篇文章中，缺少敲低sno-lncRNA後的細胞表型實驗的結果，而SPA的產生位點與sno-lncRNA1-5相近，SPA的缺失與普瑞德威利氏症候群有關嗎？研究者利用CRISPR技術，對SPA進行了基因位點的敲除，但是並沒有觀察到該基因的缺失對細胞的增殖和凋亡有影響。對此，研究者給出的解釋是由於普瑞德威利氏症候群並不是致死的疾病，所以SPA的敲除應該與發育相關，而不是細胞的增殖。但由於正如小編之前提到的，sno-lncRNA在物種間並不保守，小鼠中沒有相應的SPA，所以也很難從動物模型的角度證明SPA的功能。


關於SPA在細胞中扮演的角色，研究者通過SIM和RNA pulldown技術發現，SPA可與TD43，RBFOX2及hnRNP結合（圖6.1）影響基因的可變剪接（圖6.2）。至此，本研究鑑定了新的lncRNA，即5』是snoRNA，3』是poly(A)的SPA。並形成了該類lncRNA的產生需要快速轉錄的RNA聚合酶II，上遊弱poly(A)信號以及snoRNAd 保護及通過結合RNA結合蛋白影響RNA可變剪接發揮作用的假說（圖6.3）。



時間回到現在，又回到了我們在文章開篇提到的文章《SLERT Regulates DDX21 Rings Associated with Pol I Transcription》。與前兩篇文章鑑定sno-lncRNA不同，SLERT的基因位置並不是15號染色體上缺失會導致普瑞德威利氏症候群的區域。SLERT來自7號染色體，母基因為TBRG4（圖7.1），由TBRG4 mRNA的可變剪接形成。與sno-lncRNA1-5類似，SLERT的兩端由snoRNA構成，並負責維持其穩定性（圖7.2）。巧合的是，SLERT也在細胞核中，精確定位在核仁中，snoRNA序列對其亞細胞定位有決定性作用（圖7.3）。



由於核仁與rRNA的合成息息相關，而rRNA的異常表達與疾病緊密相連，所以研究者們很快將研究重點放到了SLERT是否影響rRNA合成及如何影響。利用CRISP技術敲除SLERT後，非常幸運，研究者發現rRNA發生了變化（圖9.1）。通過RNA pull down技術找到與SLERT結合的DDX21蛋白。DDX21可以形成環狀結構，並將Pol l包裹其中，阻礙Pol l對rRNA基因的轉錄。利用SIM技術，研究人員拍了一張非常驚豔的圖。從圖8.3，我們可以清楚的看到SLERT與DDX21及RPA194形成複合體。那麼SLERT與DDX21的結合是如何影響Pol l的轉錄的呢？研究人員通過細緻的研究，發現SLERT可以改變DDX21的構象——環的大小，從而影響DDX21對Pol l的抑制作用（圖8.4）。



文章到此，已經清楚的證明SLERT如何影響rRNA的合成，那麼接下來的問題是，SLERT在細胞中，特別是

腫瘤

細胞中扮演了什麼樣的角色。（想起之前的sno-lncRNA均沒有表型圖，那麼SLERT是否讓人眼前一亮呢？）研究人員檢測了敲除SLERT後細胞的表型，發現細胞增殖明顯降低，小鼠成瘤實驗也證實了這一點（圖9）。至此，陳玲玲老師給我們展現了SLERT的一個非常完整的研究。


圖9.假說及表型


9幅圖講完了，相信大家對sno-lncRNA的研究也有了認識，細胞中其他的sno-lncRNA又扮演了怎樣的角色，又將向我們講述怎樣的故事呢？期待更多的研究！

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