Mol Cell：大型RNA調控網絡樞紐蛋白

日期：2012-09-05 08:17:11

在加州再生醫學研究所(CIRM)的資金資助下，加州大學圣地亞哥分校干細胞研究項目的研究人員在一項新研究中對一個重要的RNA結合蛋白LIN28展開了研究。過去的研究證實LIN28與多能性和重編程以及癌癥和其他疾病有關聯。根據研究人員所說，這項在線發表在9月6日《分子細胞》（Molecular Cell）雜志上的研究將改變科學家們對這一蛋白及其對于人類疾病影響的見解。

通過研究穩定表達LIN28的胚胎干細胞和體細胞，研究人員確定了LIN28在25%的人類轉錄物中的分散結合位點。此外，剪接敏感芯片證實LIN28表達導致了廣泛的下游選擇性剪接改變——基因產物的變化可能會導致癌癥或其他疾病。

“令人驚訝地是，我們發現LIN28不僅結合到非編碼的microRNAs上，還可以直接結合到成千上萬的信使RNAs上，”文章的第一作者、加州大學圣地亞哥分校生物醫學科學研究生計劃博士后學生Melissa Wilbert說。

信使RNA（mRNA）是為蛋白質合成編碼化學“藍圖”的RNA分子。短片段RNA——MicroRNAs (miRNAs)是細胞生長、分化和死亡的關鍵調控子。盡管不編碼生成蛋白質，miRNAs通過抑制或“關閉”基因對于調控蛋白質的生成極為重要。

課題負責人、加州大學圣地亞哥分校干細胞研究項目和基因組醫學研究所細胞與分子醫學系Gene Yeo博士說：“LIN28蛋白與生長和發育相關，對人類發育極早期非常重要。它通常在成人組織中被關閉，但是在例如某些癌癥或糖尿病等代謝疾病中能夠被重新激活。”

利用全基因組生物化學方法聚集橫跨轉錄組的所有RNA分子組，研究人員發現LIN28識別和結合了一種發現于let-7 miRNA家族上的已知發夾樣結構，但是令人驚訝地是相同的結構也被發現存在于mRNAs上，使得LIN28能夠直接調控成千上萬的靶標。

“這些靶標其中的一個實際上編碼了LIN28蛋白自身。換句話說，LIN28幫助生成了更多的自己，”Yeo說。這一稱作自身調節的過程幫助維持了所謂的“穩態”系統，在這一系統中蛋白通過結合到編碼自身的基因mRNA的調控元件上對自我生成進行了正調控。

“由于這些mRNA靶標包括那些已知參與基因剪接的，我們還將LIN28牽涉到了選擇性剪接的調控中。而剪接的異常改變通常與癌癥和其他疾病相關，”Wilbert說。

在這一剪接的過程中，通常將不編碼蛋白質的片段即內含子從基因轉錄物上除去，余下的稱作內含子的序列重新連接到一起。剪接因子蛋白自身以及這些蛋白結合的位置表明了哪些RNA片段包含或排除于最終的基因轉錄物中，就如同以大致相同的方式刪除和插入電影情景，或拼接，可以改變影片中的情節一樣。

發現LIN28在人類基因中成千上萬的精確結合位點提供了新的注視點觀測這一蛋白在發育和疾病過程中的作用。例如，科學家觀測到靶向一種稱作let-7的特異miRNA可終止癌癥生長。“但是我們現在知道LIN28實際上可以繞過let-7，找到許多其他的結合位點，也許具有失控性細胞過度生長相同的副效應。這表明LIN28自身應該是級比你高的治療靶點，而不是let-7或其他miRNAs。”