改写教科书!何川团队最新Cell

文摘   2024-11-24 23:30   北京  


iNature

小核仁RNA (Small nucleolar RNA, snoRNAs)是非编码RNA,以指导RNA修饰而闻名,包括2'-O-甲基化(Nm)和假吡啶(Ψ)。虽然snoRNA也可能与其他RNA(如mRNA)相互作用,但由于缺乏有效的技术来识别snoRNA靶转录组,因此snoRNA靶向的全部RNA仍然难以捉摸。

2024年11月22日,芝加哥大学何川团队在Cell 在线发表题为“snoRNA-facilitated protein secretion revealed by transcriptome-wide snoRNA target identification”的研究论文,该研究开发了一种基于化学交联的方法,全面检测snoRNAs的细胞RNA靶点,在人类细胞和小鼠脑组织中产生数千种以前未被识别的snoRNA-mRNA相互作用。何川是中国科学技术大学8912校友。

许多相互作用发生在snoRNA引导的RNA修饰位点之外,这暗示了RNA修饰之外的非规范功能。该研究发现其中一个snoRNAs, SNORA73,靶向编码分泌蛋白和膜蛋白的mRNA。SNORA73还与7SL RNA相互作用,7SL RNA是蛋白质分泌所需的信号识别颗粒(SRP)的一部分。mRNA-SNORA73-7SL RNA相互作用增强了SNORA73靶mRNA与SRP的关联,从而促进编码蛋白的分泌。

小核仁RNA (snoRNAs)是60-300个残基的天然引导RNA,可识别核糖核蛋白(RNP)复合物中的细胞RNA靶标。在人类基因组中有超过1000个带注释的snoRNA基因。典型的snoRNA分为三种类型:C/D-box、H/ACA-box snoRNA和small Cajal body-specific RNA (scaRNAs)。C/D-box snoRNP由一个snoRNA和催化亚基纤维蛋白(FBL)、核仁蛋白56 (NOP56)、NOP58和小核糖核蛋白13 (SNU13)组成。H/ACA- snoRNPs由snoRNA及其催化亚基dyskerin伪尿嘧啶合成酶1 (DKC1)、H/ACA核糖核蛋白复合物亚基1 (GAR1)、亚基2 (NHP2)和核仁蛋白10 (NOP10)组成。scaRNAs与C/D-或H/ACA-box snoRNAs具有相同的结构特征,包含附加的基元用于定位到Cajal小体大多数snoRNA是从蛋白质编码基因的内含子转录而来,并通过不同的途径进行加工,而其他snoRNAs则是从独立基因表达的。
众所周知,snoRNAs的功能是通过C/D-box snoRNAs和H/ACA-box snoRNAs在核糖体RNA (rRNA)和小核RNA (snRNA)中安装2'-O-甲基化(Nm)修饰,并通过假嘌呤(Ψ)修饰。ScaRNAs主要引导Nm和Ψ在snRNA中的安装,稳定其结构并调节与前信使RNA (mRNA)的相互作用,以影响剪接每个snoRNA为rRNA修饰提供一个或两个引导序列,这些修饰已被证明可以调节核糖体的生物发生,调节密码子识别,并影响核糖体与配体的相互作用。新出现的证据表明,snoRNAs也靶向其他RNA种类,包括转移RNA (tRNA)、mRNA和长链非编码RNA (lncRNA)。此外,snoRNAs也被证明可以直接与蛋白质结合,影响蛋白质活性。


文章模式图(图源自Cell 


人类基因组中大约80%的已注释的snoRNAs缺乏明确的功能。一些snoRNAs可能通过影响mRNA的稳定性、编辑和剪接来调节基因表达。这些snoRNA活性可能并不总是依赖于mRNA修饰。超过50种snoRNAs在超过12种癌症类型中失调。SNORD115/116基因簇的基因组缺失与prder - willi症状(PWS)有关,PWS是一种神经退行性疾病,而SNORD118突变导致另一种神经系统疾病白质脑病。snoRNA缺失或突变导致疾病的机制仍然知之甚少,这主要是由于缺乏在转录组中识别snoRNA靶点和靶RNA修饰状态的工具。
该研究提出了snoRNA富集和酮醛辅助RNA-RNA相互作用测序(snoKARR-seq),这是一种整合RNA化学标记、snoRNA与其结合RNA交联以及逆转录后嵌合cDNA富集(RT)的方法。基于酮醛辅助RNA-RNA相互作用测序(KARR-seq)的原理,snoKARR-seq利用N3 -酮醛标记单链RNA (ssRNA)和二苯并环辛烷(DBCO)修饰的聚胺胺(PAMAM)树状大分子中的鸟苷,用于RNA化学交联,以捕获RNA-RNA相互作用。N3 -酮醛标记各种RNA种类,两个标记位点之间的平均距离约为20个核苷酸(nt)。此外,在工作流程中引入了一个源自snoRNA的cDNA富集步骤,以显著提高最终测序文库中含有snoRNA的嵌合reads的检测特异性。
snoKARR-seq检测snoRNA靶标的信噪比比传统方法高100倍以上。利用这种方法,研究人员在人类细胞系和小鼠脑组织中发现了1000多种以前未知的snoRNA-mRNA相互作用。值得注意的是,大多数这些snoRNA靶点并不与已知的mRNA修饰位点重叠,这表明潜在的非规范snoRNA功能超出了RNA修饰。
发现的一个意想不到的相互作用涉及SNORA73和编码分泌蛋白和膜蛋白的mRNA。蛋白质分泌是一个基本的生物学过程,主要由N端信号肽与信号识别颗粒(SRP)相互作用引导分泌蛋白到达内质网(ER)进行共翻译易位。虽然一些证据表明信号肽不依赖于这些途径,但非蛋白信号在这些途径中的存在和作用尚不清楚。
SNORA73通过规范引导区外的10-nt基序与靶mRNA形成稳定的双链;这些相互作用的破坏减少了蛋白质分泌。在机制上,该研究发现了SNORA73与SRP的RNA成分7SL RNA之间的碱基配对相互作用,揭示了mRNA-snoRNA-7SL RNA三联体参与蛋白质易位。因此,SNORA73作为一种“分子胶”,通过两种不同的RNA-RNA相互作用将核糖体-新生肽- mRNA复合物和SRP连接起来,从而促进蛋白质的易位和分泌。总之,该研究结果表明,snoKARR-seq能够全面绘制细胞snoRNA相互作用组,这揭示了SNORA73在促进蛋白质易位中的重要作用。

参考消息:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01269-8

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内容为iNature公众号原创,

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