Cell：小分子RNA的大作用

日期：2016-03-28 13:44:48

所有有性繁殖多細胞生物體都依賴于卵子來支持早期的生命。加州大學圣地亞哥醫學院及Ludwig癌癥研究所的研究人員利用微小線蟲作為模型，更好地了解了卵子僅借助于已存在的物質實現胚胎發育的機制。發表在3月24日《細胞》（Cell）雜志上的這項研究，揭示出了小分子RNA(Small RNAs)和輔助蛋白在微調卵子發育中所起的作用。

加州大學圣地亞哥醫學院教授、Ludwig癌癥研究所圣地亞哥分部成員Arshad Desai博士說：“卵子不同于其他的生長細胞，在細胞分裂發生之前利用營養物質建造了細胞團。例如，青蛙卵不生長，只是通過分裂成越來越小的細胞生成了大約3000個細胞，我們很有興趣想了解卵子是如何做到這一點的。”

這項研究更進一步地認識了小RNAs及它們影響細胞功能的機制，證實小分子RNAs與一種叫做Argonaute的酶一起發揮作用幫助構建了完美的線蟲卵。新研究是建立在早先的一項研究工作基礎之上：一種特殊的Argonaute蛋白CSR-1在卵子受精后影響了胚胎第一次分裂的染色體分布。

以往的一項研究表明，通過幫助限定著絲粒——在細胞分裂過程中染色體上幫助分配它們的特化區域，CSR-1影響了細胞分裂。然而在這項研究中，研究人員發現在早期胚胎中CSR-1并沒有控制著絲粒形成。相反他們發現CSR-1對于構建紡錘體至關重要。紡錘體是單細胞分裂為兩個子細胞時負責分配染色體的細胞機器。

紡錘體是由稱作為微管的小蛋白繩索構成。紡錘體微管連接到染色體的著絲粒區域，幫助將染色體分開。當研究人員從細胞中除去CSR-1酶時，他們看到了紡錘體缺陷。他們追查這一缺陷至分解微管的另一種酶生成過量。

這一研究發現促使研究人員更仔細查看了CSR-1和相關小分子RNAs在“微調”卵成分中所起的作用。他們發現小分子RNAs引導CSR-1靶向了隨后切割的信使RNA。這一信使RNA攜帶著編碼幫助構建卵子的蛋白質的遺傳指令。通過改變結合CSR-1酶的小分子RNAs數量，卵子可以精確調節物質成分以支持胚胎發育。

盡管CSR-1只存在于線蟲中，小鼠也利用了Argonaute蛋白和小分子RNAs控制它們的卵子成分。

“由于卵子基因組必需保持未定型狀態及能夠生成生物體中不同組織類型的能力，卵子需要一種特殊的方法來控制儲存物質的生成以支持胚胎發育。我們的研究表明，這是由一個小分子RNA- Argonaute系統來完成，”論文的第一作者、Desai實驗室博士后研究生Adina Gerson-Gurwitz說。

小分子RNA指的是一類長度在20～30nt的RNA分子,幾乎存在于所有的生物體中。小分子 RNA包括：miRNA、ncRNA、siRNA、snoRNA、piRNA、rasiRNA等等。小分子RNA能夠調控基因的表達，在細胞的生長、發育、代謝等基礎生物學過程中扮演著重要的角色，甚至在癌癥等相關疾病形成過程中起著關鍵的作用。

小分子RNA介導的轉錄后基因調控是一種新型的基因調控機制。來自中國醫學科學院、清華大學的研究人員在新研究中證實，在擬南芥中cma33 / XCT通過調節Dicer-Like（DCL）基因的轉錄調控了小RNA(sRNA)的生成。這一研究發現發表在2015年8月的Molecular Plant雜志上。

2016年2月來自東京大學的一個研究小組鑒別出了一種叫做“Trimmer”酶，其參與生成了保護生殖細胞基因組免遭不必要遺傳重寫的一類小RNA。東京大學分子與細胞生物科學研究所的助理研究員Natsuko Izumi和教授Yukihide Tomari及同事們，鑒別出了從前未知的一種核糖核酸酶是蠶卵巢細胞中的修剪蛋白“Trimmer”。他們的數據顯示，Trimmer并非單獨行動，還需要一種PIWI相關蛋白：Papi一起來修剪pre-piRNAs的末端。并且，他們證實修剪pre-piRNAs對于piRNAs功能極為重要，并有可能發生在線粒體的表面。

一些人類饑荒和動物研究的證據表明，饑餓可以影響挨餓個體后代的健康。但人們卻一直并不清楚這樣的一種獲得性性狀是如何從一代向下一代傳遞的。一項線蟲新研究證實，饑餓可以誘導一些小RNAs發生特異性的改變，這些改變至少可以遺傳三代，且這似乎沒有任何DNA的參與。相關論文發表在2014年7月的Cell雜志上。