LncRNA的火熱研究已經有幾年的時間了,關于lncRNA總歸是有說不完的話題。目前對lncRNA的基礎分析都已形成了一定的模式。然后,今年來lncRNA的相關文章依然如雨后春筍。
長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是長度大于 200 個核苷酸的非編碼 RNA, 研究表明,lncRNA 在劑量補償效應(Dosage compensation effect)、表觀遺傳調控、細胞周期調控和細胞分化調控等眾多生命活動中發揮重要作用,成為遺傳學研究熱點。
但是lncRNA能夠拮抗由同一條基因轉錄的剪切體mRNA所表達蛋白的機制,這個你們知道嗎?
今天X濕兄給大家帶來一篇Cell的文章解讀,看看別人家的實驗室是如何如何根據實驗現象,順藤摸瓜、庖丁解牛之后發現一種全新的lncRNA作用機制的。
(一)細胞現象:紫外線輻射導致細胞轉錄的起始、延伸都受抑制
眾所周知,凡是影響細胞轉錄和mRNA正常剪切的因素,會對基因的表達以及細胞存貨產生致命影響。紫外線的輻射會劇烈抑制RNA聚合酶II的轉錄起始、以及轉錄的延伸,但是具體的機制仍然知之甚少。紫外輻射會嚴重影響RNA聚合酶II的磷酸化過程、改變其結合DNA的TATA box活性,而且還能導致染色質的修飾重塑,這使得與轉錄相關的DNA損傷應急機制更復雜。
有研究表明①當有環境壓力時,細胞RNA的表達會多樣化,以應對壓力②很重要的一點是,細胞對于前體mRNA的剪切加工都是隨著RNA的延伸就開始了。
于是作者對紫外線輻射造成的基因組范圍內的轉錄過程、轉錄本的剪切方式進行了研究。
(二)紫外線照射導致轉錄延伸速度立刻下降
1) 檢測技術原理:DRB(核苷類似物,導致延伸終止),然后用global run-on sequencing (GRO-seq)對核內新生8,148個轉錄本進行測序
2) 結果:①輻射導致細胞的RNA轉錄延伸停滯,轉錄本的長度立刻變短②被照射2~12小時后,轉錄延伸的速度變為約40base/min,是正常速度的1/40。
(三)RNA聚合酶II結合啟動子也受到影響
(四)UV輻射誘導不同的轉錄本形成
作者用二代測序技術檢測UV輻射對于轉錄本剪切方式的影響,作者發現298個基因產生了435個新的轉錄本。
作者對435個新的轉錄本進行了分析,發現了6種不同剪切方式,其中alternative last exon (ALE)的轉錄本最多,占了36%:156 ALE 剪切轉錄本(105基因),例如基因HERC4、INTS6。
其中78%的ALE轉錄本長度更短,這也提示ALE short的轉錄本可能發揮著很大的功能。
(五)這些ALE short對于UV輻射有生理意義嗎?
經過分析,84個有ALE short轉錄本的基因都是和轉錄過程相關的基因(Gene Ontology數據庫),可以大膽滴推斷,ALE short估計是為了抵抗UV輻射破壞而產生的,有著重要的生物學意義。
作者又把這些基因和轉錄相關的DNA損傷應急反應相關的因子數據庫進行交叉打分,驚人地發現其中有28個基因的評分最高,得到最高分的叫做ASCC3.
(六)順鉑、喜樹堿、UV輻射都傾向于表達ASCC3 ALE short
ASCC3正常轉錄本的長度是373.5kb,ASCC3 ALE short轉錄本長度是25kb,共有前三個相同的外顯子,而第四個外顯子是ASCC3 ALE short所特有的。
把細胞暴露于順鉑和喜樹堿條件下,也有相似的結果,這說明這種加工方式是一種普遍存在的應急方式。
(七)UV輻射后ASCC3蛋白阻礙轉錄過程(siRNA驗證),而ASCC3 ALE short卻促進
作者通過siRNA驗證了ASCC3 long轉錄本阻礙了轉錄。
而ASCC3 ALE short轉錄本對轉錄過程卻有著促進的效果。
作者又通過CRISPR/CAS9將ALE效應敲除,ASCC3 ALE short無法轉錄,但是ASCC3 long依然正常表達,結果發現細胞很難再UV輻射后恢復轉錄。
(八)ASCC3的長短轉錄本是相互拮抗的嗎?
作者嘗試從更多的基因轉錄水平去驗證。
①
ASCC3 ALE short敲除株:108個基因的表達下調了
②
ASCC3 long敲除株:107個基因的轉錄本上調了
(九)ASCC3 ALE short作為非編碼RNA行駛作用
①
ASCC3 ALE short是可以表達蛋白序列的,但其表達的蛋白經驗證不參與轉錄調控
②
作者構建了轉錄ASCC3 ALE short的載體,但是人工地在翻譯起始就加入了終止子,保證蛋白無法表達,結果發現,ASCC3 ALE short依然能夠發揮功能
③
而且作者用探針原位雜交的方式發現ASCC3 ALE short都集中在細胞核中,敲除了ASCC3 ALE short則沒有相應的定位出現。然而ASCC3 long卻即出現在細胞核中,也出現在細胞質中。
此案最終可以結案了:ASCC3 ALE short作為非編碼RNA發揮功能。