真核生物有別於原核生物重要的生物特徵之一，在於其大部分基因的轉錄本都會經歷pre-mRNA選擇性剪接，由此形成不同亞型的成熟mRNA，從而促進了蛋白質組的多樣性產生。心臟作為胚胎發育過程中第一個形成並發揮作用的組織器官，在其複雜的發育成熟過程中，心臟肌纖維肌節形成相關基因的pre-mRNA的選擇性剪接調控起到十分重要的作用。RNA結合蛋白作為pre-mRNA選擇性剪接的調控因子，其中STAR家族成員Quaking（QKI）可通過結合特定序列ACUAAC，參與調控包括肌肉祖細胞、少突膠質細胞、單核細胞、神經幹細胞等很多組織細胞的選擇性剪接，但其對心臟發育成熟的作用尚未有報導。
近日，復旦大學基礎醫學院孫寧課題組與美國印第安納大學壽偉年課題組、復旦大學附屬兒科醫院黃國英課題組合作在Nature Communications在線發表了題為「QKI is a critical pre-mRNA alternative splicing regulator of cardiac myofibrillogenesis and contractile function」的研究論文。該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術和人胚胎幹細胞定向心肌細胞分化體系，結合小鼠Qki敲除模型闡明了QKI在心臟發育成熟過程中的調控作用。
研究人員在體外胚胎幹細胞心肌定向分化第6天，即心肌細胞祖細胞形成階段發現QKI的表達開始升高，同時原位雜交技術顯示在胚胎發育E7.5天qki即表達於心生區，繼而在四腔室心臟的心室肌、心房肌以及成熟的心臟組織中持續表達（圖1）。
圖1，Quaking在心臟發生發育過程中的表達模式
由於QKI敲除的胚胎幹細胞系分化來的心肌細胞跳動顯著減弱，研究人員通過單細胞測序和全基因組分析發現與肌節Z線相關基因的表達量及其mRNA的可變剪接均發生了改變，其中以ACTN2最為顯著。ACTN2基因編碼的β-actinin蛋白是心肌細胞肌小節Z線結構的重要組成部分，在心肌纖維排列方面起著重要的作用，同時還協調著肌小節細胞骨架與細胞膜的相互連接。研究人員接下來證實QKI可直接與ACTN2結合，介導其可變剪切的正常發生。QKI基因表達的缺失會引起ACTN2第8個外顯子異常被跳躍，並使其開放閱讀框發生了移碼突變，提前出現了終止密碼子，導致無義介導的mRNA降解。ACTN2表達異常會進一步影響心肌細胞的纖維排列，導致其缺少正常的橫紋結構，收縮力減弱。
綜上，該研究首次闡明了QKI通過調控Z線結構基因ACTN2等的mRNA可變剪切，參與了心肌細胞肌纖維結構的形成，這為日後人類心臟疾病的研究及關聯部分先天性心臟病提供了新的理論基礎。
復旦大學基礎醫學院陳欣雲博士、美國印第安納大學劉英助理研究教授、復旦大學基礎醫學院徐晨講師為論文的共同第一作者。復旦大學基礎醫學院孫寧研究員、美國印第安納大學壽偉年教授、復旦大學附屬兒科醫院黃國英教授為論文共同通訊作者。
原文連結：
https://doi.org/10.1038/s41467-020-20327-5
來源：BioArt