2020-08-18 17:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
以下文章來源於iNature ，作者楓葉
iNature
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RNA幹擾（RNAi）被認為是大多數真核細胞中存在的一種基因沉默途徑，可以保護基因組免受逆轉座作用。小型幹擾RNA（siRNA）也已成為研究基因功能的強大工具。鑑於內共生假說線粒體起源於原核生物，線粒體通常被認為缺乏RNAi。但是，某些細菌具有Argonaute同源物，各種報導表明線粒體中存在特定的microRNA和核基因組（nDNA）編碼的Ago2。
2020年8月17日，加州大學聖地牙哥分校付向東及中國科學院生物物理研究所張曉榮共同通訊在Cell Research在線發表題為「Active RNA interference in mitochondria」的研究論文，該研究報導轉染的siRNA不僅能夠進入線粒體基質，而且還可以在那裡特異性沉默靶向的線粒體轉錄本。
mitoRNAi的作用在mRNA水平很容易檢測到，但僅在相對不穩定的蛋白質（例如mtDNA編碼的複合物IV亞基）上才可發現。該研究還應用mitoRNAi直接確定單個呼吸鏈複合物之間的假定串擾，結果表明以前在患者來源的細胞中進行的有爭議的觀察可能是由於不同細胞系的適應性差異引起的。該研究結果的發現帶來了研究線粒體生物學的新工具。
2020年6月24日，加州大學聖地牙哥分校付向東團隊在Nature 發表題為「Reversing a model of Parkinson’s disease with in situconverted nigral neurons」的研究論文，該研究發現在星形膠質細胞中敲降RNA結合蛋白PTB可將其直接轉分化為功能性的神經元；這種僅需一步的轉分化技術可在帕金森病小鼠模型中誘導產生新的多巴胺功能性神經元、重建受損的神經環路、恢復紋狀體內多巴胺水平，並有效治療帕金森症候群相關的運動障礙；更重要的是，使用抑制PTB的反義寡核苷酸（antisenseoligonucleotides, ASO）也能達到類似治療效果。這項研究為帕金森病及其他神經退行性疾病提供了極具前景的治療策略和方法，並獲得了神經科學領域的廣泛關注。該研究被選為Nature 的封面文章(。
包括小幹擾RNA（siRNA），微小RNA（miRNA）和piRNA在內的小RNA在調節真核細胞中的基因表達中起關鍵作用。RNA幹擾（RNAi）途徑已在大多數真核細胞中得到很好的闡明。甚至更低的真核生物（例如各種酵母）也具有活性RNAi，儘管某些酵母物種（例如出芽酵母，已經喪失了這種能力，可以通過在RNAi途徑中重新表達特定的酶來恢復這種能力）。
RNAi已被利用來研究各種生物學背景下的基因功能。然而，有趣的是，到目前為止，還不清楚RNAi樣機制是否可以在線粒體中起作用，而線粒體被認為是由寄生細菌引起的。難題在於，已知某些細菌具有Argonaute的同源物，即Argonaute。RNA誘導沉默複合物（RISC）中的關鍵酶負責在高等真核細胞中靶向RNA降解，先前研究發現特定的miRNA不僅在線粒體可檢測到，而且在線粒體中也有功能。miRNA和siRNA的加工和功能基本上使用相同的機制，問題是RNAi樣機制是否也可以在線粒體中起作用，不是很清楚。
線粒體是真核細胞中的內共生細胞器，可作為通過氧化磷酸化（OXPHOS）產生ATP的強大動力。有趣的是，線粒體基因組在進化過程中變化最小。例如，人類線粒體基因組的長度僅約16kb，編碼2個必需的rRNA和最少的22個tRNA進行翻譯，以及13個多肽，所有這些都是膜蛋白，是呼吸鏈複合體的一部分。基本上，線粒體中的所有生化活動都需要核基因組（nDNA）編碼的蛋白質。
儘管許多nDNA編碼的蛋白質攜帶進入線粒體的特定信號序列，但其中至少30％缺乏此類信號，以及某些RNA是否可以進入線粒體是一個開放的，值得商榷的問題。許多低等真核生物顯然需要導入tRNA來進行線粒體翻譯，因為有些mtDNA甚至不編碼任何tRNA。
通過核酸酶保護，體外RNA導入和ClickIn分析檢測線粒體中的小RNA（圖源自Cell Research ）
在這項研究中，試圖系統地研究siRNA和小髮夾RNA（shRNA）是否能夠靶向mtDNA編碼的轉錄本。有趣的是，該研究發現雖然隨機設計的siRNA並不總是顯示出預期的效果，但根據映射的argonaute 2（Ago2）結合峰設計的siRNA都能夠以Ago2依賴性的方式特異性靶向預期的mtDNA編碼的轉錄本。
進一步表明，大多數線粒體蛋白都非常穩定，從而阻止了在蛋白水平上檢測到預期的RNAi效應，這可能解釋迄今為止缺乏關於活性mitoRNAi的報導。該研究舉例說明了這種新近建立的siRNA工具用於解決線粒體生物學中一些關鍵問題的方法，線粒體生物學一直依賴於患者來源細胞的有限資源。活躍的mitoRNAi還可作為一種技術手段，用於未來線粒體中RNA導入機制的解剖。
參考消息：
https://www.nature.com/articles/s41422-020-00394-5
本文轉載自公眾號「iNature」（Plant_ihuman）
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原標題：《【科技前沿】付向東/張曉榮發現線粒體存在RNA幹擾，為進一步研究線粒體生物學奠定基礎》
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