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研究揭示了通过独特机制拼接出的人类短内含子的一个子集

前体 mRNA 中被中断的非编码区,称为“内含子”,通过“剪接”被切除以产生成熟的编码 mRNA,并翻译成蛋白质。由于人类前体 mRNA 内含子的长度不同,所涉及的剪接机制和因素可能并不普遍。日本藤田保健大学的研究人员进行的一项研究报告了人类短内含子的一个子集,它们被新型必需剪接因子 SPF45 (RBM17) 剪接,而不是被已知剪接因子 U2AF 二聚体剪接。

蛋白质编码基因承载着蛋白质生产的蓝图。然而,在高等生物中,大多数编码基因转录本或前体 mRNA 被称为“内含子”的非编码序列分隔,必须将其切除或“剪接”以制造可翻译成蛋白质的成熟 mRNA .

人类前体 mRNA 内含子的长度差异很大,从不到 50 个核苷酸 (nt) 到超过 100 万个核苷酸 (nt)。人类pre-mRNA剪接涉及在称为“剪接体”的巨大蛋白质-RNA复合体中的动态逐步反应,该复合体包括五种称为U snRNPs的小核核糖核蛋白和许多蛋白质因子。pre-mRNA中的基本剪接信号序列-;5'剪接位点、分支位点序列和聚嘧啶束(PPT)后接3'剪接位点-;被剪接因子U1 snRNP结合, U2 snRNP 和 U2AF 65 /U2AF 35,分别构成剪接体A复合体。A 复合物的球状形状完全占据了 79-125 nt 单链 RNA 的长度,比已知的短内含子(43-56 nt)长约两倍。这些短内含子如何能够容纳具有已知基本因子的超大复合物?可以假设这样的短内含子是通过替代机制拼接出来的。

现在,由日本藤田保健大学综合医学科学研究所 Akila Mayeda 教授领导的一组研究人员试图在他们发表在Nature Communications 上的最新研究中回答这个问题。该论文的合著者 Kazuhiro Fukumura 在阐述他们的发现时说:“人类前体 mRNA 内含子的长度变化范围很广,从 50 个到超过 100 万个核苷酸不等。因此,我们假设在剪接过程中可能存在一种独特的替代剪接机制人类短内含子。”

该团队首先寻找从 154 种人类核蛋白中拼接出人类短内含子的基本因素。他们使用小干扰 RNA (siRNA) 在人类细胞系(HeLa 细胞)中下调这些蛋白质的表达。为了分析剪接活性,他们选择了 HNRNPH1 前体 mRNA(异质核核糖核蛋白 H1),包括一个 56 nt 的短内含子。

具有 56-nt 内含子的 HNRNPH1 前体 mRNA 中最强的剪接抑制是由 SPF45 的敲低引起的,但在具有对照 366-nt 内含子的前体 mRNA 中未观察到剪接抑制。为了进一步证实 SPF45 是一组短内含子的常见剪接因子,他们用从 SPF45 敲低细胞中制备的 RNA 进行了全转录组测序。SPF45 敲低细胞中最常见的剪接变化是内含子保留,并鉴定了 187 个保留的内含子。值得注意的是,这些 SPF45 依赖性内含子的长度分布强烈偏向于较短的长度。这表明 SPF45 是许多具有短内含子的前体 mRNA 的剪接所必需的。

接下来,研究人员调查了决定某些短内含子的 SPF45 依赖性的因素。PPT 序列和下游 3' 剪接位点是已知真实剪接因子 U2AF 异二聚体(U2AF 65 /U2AF 35)。值得注意的是,该 PPT 中的截断导致 SPF45 依赖性,这表明短 PPT 对于 SPF45 依赖性剪接至关重要。正如预期的那样,敲除 U2AF 异源二聚体显着降低了常规内含子的剪接;然而,依赖于 SPF45 的短内含子被相当有效地剪接,这表明 SPF45 在截断的 PPT 上排出 U2AF 异二聚体,而新安装的 SPF45 促进短内含子剪接。最后,使用各种突变体 SPF45 蛋白进行的生化分析和剪接分析有助于在具有截断 PPT 的短内含子上建立 SPF45 依赖性剪接模型(图 1)。

此前,据报道 SPF45 可作为选择性剪接的调节剂;然而,SPF45 也是体内细胞存活和维持的重要因素。研究团队通过证明 SPF45 是早期剪接体中一种新颖且独特的组成型剪接因子,为这一谜团提供了解决方案,即具有截断 PPT 的人类短内含子的一个子集被 SPF45 剪接,但不是用先前已知的真实 U2AF 异二聚体剪接.

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