在生命周期的各个阶段，RNA分子受到RNA结合蛋白（RBP）的调控，这些蛋白在RNA剪接、亚细胞定位、翻译和降解中扮演重要角色。已注释的RBP大约占所有蛋白质编码基因的5%至8%，但筛选研究表明，真实数量可能远高于此，一些估计显示RBP可能占细胞蛋白质组的三分之一，包括数千个未表征的RBP。
大多数未注释的RBP并不包含已知的RNA结合结构域（RBD），但显著富含DNA结合结构域，尤其是锌指（ZF）结构域。锌指蛋白（ZFP）能够与锌离子结合，从而促进与核酸和蛋白质的相互作用。人类蛋白质组中含有1700多个ZFP，预计包含12000个独特的ZF结构域。尽管一些ZFP家族可以结合RNA，但未注释的RBP中富集的许多ZFP在基因本体（GO）数据库中被标注为DNA结合蛋白（DBP）。事实上，大多数DNA结合ZFP从未经过功能鉴定，通常仅基于序列同源性被假定为DBP。
ZFP在RBP筛选中的富集进一步提示它们可能是一类研究不足的RBP。例如，一项研究发现，57%的ZFP在两种人类细胞系中敲除时会导致可变剪接失调，尽管大多数未被注释为RBP或剪接调节剂。RNA结合的ZFP对人类生物学具有重要意义，其调节作用已在可变剪接、核输出、免疫功能和造血中得到确认。因此，理解ZFP的RNA靶标及其调节功能将为RNA生物学领域的未来研究提供重要参考。
近日，美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的Gene W. Yeo团队在Molecular Cell期刊发表了题为「Integrated multi-omics analysis of zinc-finger proteins uncovers roles in RNA regulation」的研究论文，在本研究中，研究人员对代表37个锌指蛋白（Zinc Finger，ZF）家族的100多个ZFP进行了系统的多组学分析。通过结合DNA和RNA结合数据、敲除RNA测序（RNA-seq）及功能性结合实验，研究人员确定了ZFP在RNA剪接、稳定性、替代性多聚腺苷酸化和翻译中的调节作用。
这项研究是迄今为止对锌指蛋白（ZFP）的RNA结合特性和转录组调控功能进行的最大规模系统研究。先前的研究发现，许多缺乏典型RNA结合结构域（RBD）的RNA结合蛋白（RBP）在体外并不具有序列特异性。然而，研究发现，C2H2型ZFP家族中可能包含许多序列特异性RBP，促使研究人员进一步探讨RBP的功能。
研究人员发现，内在无序区域（IDR）可能有助于许多ZFP的RNA结合能力。此前的研究也表明，缺乏典型RBD的RBP可能通过IDR来介导RNA结合。尽管IDR可能有助于结合，但这并不一定意味着缺乏序列特异性，因为我们研究中的大多数ZFP都表现出高度富集的结合基序。此外，分子动力学模拟结果也支持IDR在识别特定RNA序列中的作用。
本研究确定了几种之前未描述的双重功能RBP（DRBP），包括ZMAT3，这是一种与内含子结合并偏好富含U的序列的剪接因子。与其他典型剪接因子不同，ZMAT3主要在内含子全长范围内结合，这种结合模式与TDP-43和FUS的模式相似。研究者还发现，某些转录因子能够与RNA结合，从而增强它们与染色质的共定位，进一步揭示了DNA结合蛋白（DBP）与RBP之间的交互作用。
研究还表明，ZNF277是一种多功能RBP，尽管它在卵巢癌和结直肠癌中的表达升高，但其功能尚未完全了解。ZNF473也被鉴定为一种调节细胞周期基因的DRBP，其结合位点靠近TSS和TTS，表明它可能在RNA Pol II暂停期间参与基因调控。
总体而言，这项研究极大地扩展了我们对ZFP中RNA结合功能的了解。未来的工作将有助于在人类基因组中的1,700个ZFP中进一步识别新的RBP，为RNA生物学提供新的见解，并探索其他尚未深入研究的调控机制，例如RNA编辑、修改和运输。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.08.010
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