國際學術期刊《分子細胞》(Molecular Cell)以封面故事發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所陳玲玲研究組的最新研究論文,揭示了一類全新內含子來源的長非編碼RNA的產生機制,及其參與剪接調控的重要功能。
幾乎所有哺乳動物細胞的基因都由外顯子和內含子組成。一般認為,外顯子片段通過轉錄剪接成為具有功能的RNA,而內含子序列在剪接後被核酸酶快速降解,因此沒有生物學功能。生化與細胞所的最新研究成果證實了內含子來源的非編碼RNA序列既可以在剪接後穩定存在,又可以在細胞中發揮重要的調控作用。
研究具體闡明了一類雙末端都含有小核仁RNA(snoRNA)的內含子序列在剪接發生過程中,可以形成一類新型長非編碼RNA,命名為sno-lncRNAs。在人類疾病Prader-Willi syndrome(PWS綜合症、小胖威利症)緊密關聯區域存在五個sno-lncRNAs,它們在人源胚胎幹細胞中表達量極高,且異常穩定。功能研究表明,這些sno-lncRNAs加工成熟後均聚集於其轉錄位點附近,形成一種全新的細胞核亞定位;它們同時還含有多個剪接調控因子Fox2蛋白的特異結合位點,從而可以像「海綿」一樣吸附細胞核內的Fox2,調節Fox2在細胞核內的分布,進而影響Fox2對特異mRNA底物的選擇性剪接調控。
值得一提的是,因PWS綜合症的病理機制至今不詳,而這些sno-lncRNAs在PWS綜合症病人中完全缺失,從而提示這些新的RNA分子可能與PWS綜合症的病理發生相關。該工作也為進一步了解PWS綜合症的病理機制提供了新的研究思路。
該工作主要由生化與細胞所研究生殷慶飛等與計算生物所楊力研究員以及美國康乃狄克大學健康中心Gordon Carmichael教授合作完成。這一研究成果揭示了哺乳動物細胞中存在著內含子來源的、具有重要生物學功能的新型長非編碼RNA(sno-lncRNAs),從而豐富了人們對真核細胞轉錄組表達調控多樣性的認識。
除以封面故事發表,該工作在當期Molecular Cell還作為研究亮點(Issue Highlight)獲得來自美國耶魯大學研究者的專評(Preview),專評指出「這些全新類型長非編碼RNA的發現為人們認識PWS綜合症的病理提供新的機制」;該研究同時也獲得Nature Reviews Molecular Cell Biology研究亮點專評(Research Highlight),標題為「非編碼RNA家族中的新成員」。
工作得到了國家科技部、中科院戰略性先導科技專項和上海市科委的經費支持。(生物谷Bioon.com)
註:PWS綜合症(小胖威利症),主要表現為神經系統發育和生長發育障礙。
Long Noncoding RNAs with snoRNA Ends
Yin QF, Yang L, Zhang Y, Xiang JF, Wu YW, Carmichael GG, Chen LL.
We describe the discovery of sno-lncRNAs, a class of nuclear-enriched intron-derived long noncoding RNAs (lncRNAs) that are processed on both ends by the snoRNA machinery. During exonucleolytic trimming, the sequences between the snoRNAs are not degraded, leading to the accumulation of lncRNAs flanked by snoRNA sequences but lacking 5' caps and 3' poly(A) tails. Such RNAs are widely expressed in cells and tissues and can be produced by either box C/D or box H/ACA snoRNAs. Importantly, the genomic region encoding one abundant class of sno-lncRNAs (15q11-q13) is specifically deleted in Prader-Willi Syndrome (PWS). The PWS region sno-lncRNAs do not colocalize with nucleoli or Cajal bodies, but rather accumulate near their sites of synthesis. These sno-lncRNAs associate strongly with Fox family splicing regulators and alter patterns of splicing. These results thus implicate a previously unannotated class of lncRNAs in the molecular pathogenesis of PWS.