中科院生化與細胞所發現長非編碼RNA在細胞核仁中的重要功能和作用...

2020-11-28 中國日報網

SLERT的加工產生以及其與DDX21環、RNA聚合酶Pol I的相互作用機制

近日，國際著名學術期刊《細胞》（Cell）雜誌發表了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所陳玲玲研究組關於長非編碼RNA的最新研究成果。該成果揭示了細胞核仁裡長非編碼RNA SLERT在RNA聚合酶I轉錄過程中的重要功能和作用機制。

曾一度被認為是人類基因「暗物質」的長非編碼RNA，其家族中不少成員已被證明廣泛參與各種重要生命活動的調控。在此次研究中，陳玲玲研究組運用前期創建的無poly(A)尾巴RNA分離和測序技術發現了一條全新的長非編碼RNA，這是首次在人類細胞中發現可以調控RNA聚合酶轉錄的長非編碼RNA。該成果還一併闡釋了此RNA與眾不同的功能，拓展了長非編碼RNA的作用機制。

細胞核仁位於細胞核中，是RNA聚合酶I轉錄核糖體RNA(rRNA) 以及rRNA加工的重要場所。rRNA轉錄是將核糖體DNA(rDNA)轉變成rRNA的過程。作為細胞內含量最多的一類RNA，rRNA的轉錄失調與疾病發生密切關聯，轉錄不足易導致骨髓衰竭性貧血，轉錄過多則易引發多種癌症。

本次研究中發現的全新長非編碼RNA，陳玲玲研究組根據其結構特性和功能將其命名為SLERT。研究人員利用基因編緝技術精確敲除位於細胞核仁中的SLERT後發現，SLERT的缺失導致了RNA聚合酶I轉錄活性的降低。為進一步研究其中的機理，研究人員觀察到，存在於細胞核仁中的RNA解旋酶DDX21圍繞RNA聚合酶I形成直徑約為400nm的環狀結構，這個環狀結構將RNA聚合酶I「圍困」在其中，其「包圍圈」大小直接影響RNA聚合酶I轉錄的活性。深入的研究表明，SLERT可以與DDX21結合改變DDX21的蛋白構象，從而調整DDX21環的大小。SLERT缺失會讓環變小導致RNA聚合酶I的功能發揮受到阻礙，反之當環變大時就可以解除DDX21環對RNA聚合酶I的抑制。

人體細胞中含有約400個拷貝的核糖體DNA (rDNA) 序列，但僅有一半可以轉變成rRNA，導致這種rRNA轉錄差異的原因是什麼？陳玲玲研究組對於SLERT的研究也就此提出了一種新的機制，即通過SLERT－DDX21環對RNA聚合酶I轉錄調控進而控制rRNA轉錄差異。

研究人員還發現敲除SLERT可以抑制模型小鼠體內的腫瘤生長速度，注入敲除SLERT的腫瘤細胞到小鼠，其體內腫瘤的生長速度要低於注入普通腫瘤細胞的小鼠，這也為相關腫瘤的靶向治療提供了新的靶標。

該研究闡釋了細胞仁中蛋白、DNA和RNA之間的分子機制，解析了DDX21環的大小對於RNA聚合酶I轉錄的調控機制以及SLERT對DDX21環的控制作用，以嶄新的視角揭示了RNA聚合酶I轉錄的新機制，也為深入研究細胞核仁結構及功能提供了新方向。

該工作在陳玲玲研究員的指導下，主要由生化與細胞所博士研究生邢宇航、姚潤文和張楊共同完成。該研究還得到中科院－馬普計算生物學所楊力研究員的大力幫助，以及植物生理生態所細胞分析技術平臺、生化與細胞所細胞分析技術平臺和動物實驗技術平臺的大力支持。經費支持來自科技部、基金委和中科院。

（中國日報上海記者站）

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