諸如核糖體RNA合成和染色質重塑之類的基本過程發生在核仁中,核仁在快速增殖的細胞中活躍。動態核仁結構和功能背後的複雜調控機制尚待充分探索。
2021年1月11日,清華大學楊雪瑞團隊在Cell Research在線發表題為「Mutual dependency between lncRNA LETN and protein NPM1 in controlling the nucleolar structure and functions sustaining cell proliferation」的研究論文,該研究揭示了以前未表徵的人類長非編碼RNA(重命名為LETN)與關鍵核仁蛋白NPM1之間的相互功能依賴性。具體而言,在多種類型的癌症中,LETN通過與NPM1直接結合而位於核仁中。
LETN在促進NPM1五聚體的形成中起關鍵作用,NPM1五聚體是核仁顆粒成分的重要組成部分並控制核仁功能。對LETN或NPM1的抑制導致核仁形態的相似而深刻的變化和核仁功能的阻滯,從而導致人類癌細胞和神經祖細胞的增殖抑制。有趣的是,LETN和NPM1之間的這種相互依賴性與NPM1的進化新變異以及LETN在高等靈長類動物中的偶然出現有關。總之,這種人類特異性蛋白–lncRNA軸在需要活動性核仁的癌變和正常發育過程中,提供了具有較高生理相關性的另一重要調控層。
轉錄組的全面注釋揭示了各種物種中大量的長非編碼RNA(lncRNA)。在過去的幾年中,廣泛的研究發現了人類細胞中數百個具有各種分子和分子結構的lncRNA。具體來說,這些lncRNA中的許多參與了各種過程(例如發育)和複雜疾病(例如癌症)。其中,生理相關的lncRNA具有基本和必不可少的功能仍然很少。
核仁是一個非膜結合的亞核區室,它是rDNA轉錄和核糖體生物發生等基本過程的關鍵細胞器。核仁組織和功能的失調從而導致多種細胞和生理疾病,例如衰老和癌症。核仁的主要功能是聚合酶I(Pol I)的rDNA轉錄,需要進行複雜的調節,涉及人類細胞中最近發現的幾種lncRNA,包括PAPAS,SLERT和HOXB-AS3,這些lncRNA主要在Pol I介導的rDNA轉錄機制上起作用,而不是核仁本身。在本研究中,鑑定了關鍵核仁蛋白NPM1(也稱為B23或核磷素)直接控制核仁的結構組織和主要功能的lncRNA。
NPM1是核仁中必需和最豐富的蛋白質,它位於顆粒成分(GC)中,並控制核仁的結構化形成。NPM1是一種功能齊全的多功能蛋白,在核仁的rDNA轉錄,作為組蛋白伴侶蛋白以及核糖體生物發生中起關鍵作用。由於其在多種生物學過程中的關鍵地位,NPM1已被證明對於胚胎發生和腫瘤發生至關重要。
在大多數人類正常組織中,lncRNA RP11-196G18.22的表達相對較低,但在多種類型的腫瘤和胚胎組織中則表達升高。lncRNA RP11-196G18.22的分子功能尚未研究。在這裡,顯示NPM1的主要功能,如促進rRNA合成和染色質濃縮,都取決於lncRNA RP11-196G18.22。
具體而言,lncRNA通過直接與NPM1結合,在核仁中富集,並在NPM1寡聚體的形成中起著關鍵作用,寡聚體是核仁GC的主要組成部分,是NPM1的功能性活動所必需的。實際上,lncRNA RP11-196G18.22的抑制產生的表型與NPM1敲除所觀察到的表型相同,即核仁的形態和功能紊亂,並強烈抑制人癌細胞和神經元祖細胞(NPC)的增殖。因此,該研究將lncRNA RP11-196G18.22重命名為LETN(通過NPM1對腫瘤細胞增殖至關重要的IncRNA)。
總而言之,該研究發現了關鍵的多功能蛋白NPM1與以前未鑑定的lncRNA之間的相互功能依賴性。有趣的是,比較基因組分析進一步表明,LETN和NPM1之間的這種相互依賴性與NPM1的進化新變異相關。因此,這種人類特異性的LETN-NPM1軸通過實施額外的但又至關重要的調控層,在核仁的基本過程中具有至關重要的地位。這種現象很少見,並且使這種lncRNA在癌症和潛在的神經元發育中具有高度的生理相關性。
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