Cell颠覆传统认知:出人意料的mRNA修饰
生物通 · 2014/09/17
由Whitehead研究所和Broad研究所的科研人员组成的一个研究小组,利用一种先进的高通量测序技术ψ-seq,绘制出了广泛的、高分辨率ψ位点图谱,证实假尿嘧啶化确实自然存在于mRNA中。在9月11日的《细胞》杂志上,研究人员详细地描述了这种新方法和颠覆传统认知的新发现。


根据分子生物学的中心教条(又称中心法则),遗传信息是从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质,其为活体生物中遗传信息的解码和翻译提供了一种简单的解释。

当然在现实中,这一过程比近60年前DNA双螺旋结构的共同发现者、诺贝尔奖得主Francis Crick首次提出的要远远复杂得多。其一,有多种类型的RNA,其中的三种——信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)对于正确的蛋白质生成至关重要。此外,在转录过程中合成的RNAs往往还要经历后续的改变,这被称作为“转录后修饰”。

尽管多年来已发现了多种这样的RNA修饰,但其中许多RNA修饰的功能和意义仍然是未解之谜。其中最常见的一种转录后修饰就是“假尿嘧啶化” (pseudouridylation),在此过程中尿嘧啶核苷(U)化学结构发生改变形成假尿嘧啶核苷(ψ)分子。到目前为止,已在tRNA、rRNA、snRNA中发现了大量的ψ,然而人们认为ψ不存在于mRNA中。

现在由Whitehead研究所和Broad研究所的科研人员组成的一个研究小组,利用一种先进的高通量测序技术ψ-seq,绘制出了广泛的、高分辨率ψ位点图谱,证实假尿嘧啶化确实自然存在于mRNA中。在9月11日的《细胞》(Cell)杂志上,研究人员详细地描述了这种新方法和令人惊讶的研究发现。

论文的共同第一作者、Whitehead 研究所创始成员Gerald Fink实验室博士后研究人员Douglas Bernstein说:“这真是一种更好的检测这种修饰的定量方法,其本身非常的有趣。在mRNA中发现这种修饰是一个意外的收获。”

Bernstein与Broad研究所核心成员Aviv Regev实验室的博士后Schragi Schwartz和Max Mumbach合作,在酵母中绘制出了这一ψ图谱。在mRNA中的几十个位点发现假尿嘧啶化之后,该研究小组开始着手确定这种修饰的功能作用。

知道假尿嘧啶化是由假尿嘧啶合成酶(pseudouridine synthases,PUS)所催化,该研究小组检测了正常的野生型酵母菌株以及PUS基因删除的突变株中mRNA假尿嘧啶化之间的差异。有趣的是,他们发现在正常酵母菌株中热休克可显著增高mRNA假尿嘧啶化位点的数量。并且,相比于遗传改造的酵母菌株,在野生型酵母菌株中假尿嘧啶化基因的表达水平要增高近25%。

综上所述,这些结果表明了在酵母中热休克激活了一种动态的假尿嘧啶化程序,有可能通过提高不利条件下mRNA的稳定性给生物带来了益处。

尽管研究人员是在酵母中阐析mRNA假尿嘧啶化的作用,这种方法学和研究结果对人类也有可能具有重要意义。作为这项研究工作的组成部分,科学家们对一组人类细胞进行了ψ-seq,证实人类和酵母细胞之间的mRNA假尿嘧啶化位点惊人的相似。值得注意的是,包括先天性角化不良在许多的人类疾病都与PUS基因突变相关,表明ψ-seq或可应用于揭示RNA假尿嘧啶化在人类疾病中的影响。

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