上海生科院揭示反式剪接的發生機制

　　4月1日，Genes & Development 發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所徐永鎮研究組題為A conserved intronic U1 snRNP-binding sequence promotes trans-splicing in Drosophila 的研究論文。

　　RNA剪接通常發生在一個前體RNA (pre-RNA) 的分子內部，即“順式剪接”(cis-splicing)，但也可以發生在兩個前體RNA分子之間，最終生成雜合的mRNA，稱為“反式剪接”(trans-splicing)。發生反式剪接的兩個前體RNA分子可以來自同一基因的同義鏈或正反義鏈，甚至來自于不同染色體上的兩個基因。已知的反式剪接基因數量相對較少，但普遍存在于真核生物中。低等真核生物，如錐蟲與線蟲，其絕大多數基因都需要進行反式剪接的加工，上世紀90年代的研究證明它們是由SL(Spliced Leader) RNA促進發生的。然而，高等真核生物體內并沒有發現SL RNA存在，其反式剪接發生機制一直都不甚清楚。為了研究這個科學問題，徐永鎮研究組以家蠶和果蠅為材料，系統地開展了昆蟲的反式剪接研究。

　　前期通過轉錄組測序與實驗驗證，研究組確認了家蠶中存在20個基因的65個反式剪接事件，發現其中的一些反式剪接產物閱讀框可以編碼完整的、來自于兩個基因的蛋白質結構域，這在基因進化研究上具有重要的理論意義(Shao et al., 2012, RNA）。mod(mdg4)和lola 是昆蟲中最經典的兩個反式剪接基因，它們分別與昆蟲的染色質重建和神經元功能密切相關。徐永鎮研究組以mod(mdg4)為研究對象，通過細胞水平上的多種截短體和突變體研究，發現該基因反式剪接的發生取決于其5'共同轉錄產物的最后一個內含子中兩個RNA片段，TSA與TSB。TSA與TSB的核心序列在基因組序列已知的12個果蠅屬昆蟲中高度保守。采用CRISPR/Cas9技術，在黑腹果蠅基因組中特異性地分別敲除這兩個RNA片段，導致胚胎發育異常，孵化率明顯下降。重要的是研究進一步證明TSA元件為mod(mdg4)基因反式剪接所必需，通過堿基配對，其核心的13 nt序列能夠特異性地結合U1 snRNP，促使了反式剪接的發生, 并且TSA元件的單獨存在就足以誘導反式剪接的發生。TSB元件具有十分保守的二級結構，起到反式剪接發生的增強子作用。研究還顯示TSA元件也存在于昆蟲的其它一些反式剪接基因中，如lola，從而揭示出高等真核生物中存在的一種新的反式剪接發生機制。

　　該研究工作主要由博士生高俊麗、副研究員樊玉杰、博士生王修業在研究員徐永鎮指導下共同完成，得到了國家自然基金委、科技部和中科院項目的資助。