我院实验室发现一个保守的非编码在灵长类中进化出新的功能

时间:2016-10-04浏览:0

2016.10.03,单革教授实验室在Nature Structural & Molecular Biology发表文章,报导了其实验室发现并命名了的一个从裂殖酵母到人均具有的长链非编码RNA5S-OT。因此,5S-OT可能是目前已知的最古老的由RNA聚合酶II转录产生的长链非编码RNA。进一步的研究表明,此长链非编码RNA在哺乳动物(文章中以小鼠及人的细胞为研究对象)中可以在其被转录产生的染色质原位(in cis)调控另一个非编码RNA,即5S核糖体RNA5S rRNA)的转录。5S rRNA实际上是由另一个RNA聚合酶,即RNA聚合酶III转录产生的。因此5S-OTin cis的作用方式介导了5S rDNA基因组位点RNA聚合酶II RNA聚合酶III转录活性的协同。

非常有意思的是,在高级灵长类和人类当中,5S-OT RNA获取了调控多个基因可变剪切的新功能。在高级灵长类和人类中,5S-OT中插入了一个反义Alu序列,并因此同时产生了一个多嘧啶(polypyrimidine-tract, Py)位点。Alu是一种灵长类特异的基因组短重复序列,而人类基因组DNA中约10%的序列为Alu的正向或反向序列。随后在人细胞中的研究发现,人类5S-OT RNA可以通过其Py位点招募参与pre-mRNA剪切的蛋白质U2AF65,进而通过5S-OT RNA中的反向Alu序列与靶标pre-mRNA当中的正向Alu序列的互补配对、将U2AF65蛋白带到受其调控的pre-mRNA上。非灵长类动物的5S-OT RNA不具有Py位点、不与U2AF65蛋白有相互作用、因而不能调控相应物种中的mRNA可变剪切。

该发现一个直接的应用是可以利用人类5S-OT RNA的这一调控机理、通过人工设计的、针对特定基因序列的“改装版”5S-OT来调控特定基因的剪切。在文章中、把人5S-OT RNA中的反义Alu序列换为与特定基因pre-mRNA互补的序列、即可调控该基因的可变剪切。很多人类疾病与基因剪切异常相关、未来有可能以这一发现为基础发展出生物技术来“纠正”基因的可变剪切。

文章的共同第一作者为博士生胡珊珊和硕士王小林。研究得到了科技部、中科院、国家基金委、以及中科大非编码RNA功能及功能机理创新团队的经费支持。

 

Shanshan Hu*, Xiaolin Wang*, Ge Shan. Insertion of an Alu element in an lncRNA leads to primate specific modulation of alternative splicing. Nat. Struct. Mol. Bio. 2016, Online (doi:10.1038/nsmb.3302).

论文链接:http://www.nature.com/nsmb/journal/vaop/ncurrent/full/nsmb.3302.html


ABSTRACT
Noncoding RNAs, mobile elements, and alternative splicing are all critical for the regulation of gene expression. Here we show that a conserved noncoding RNA acquires a new function due to the insertion of a mobile element. We identified a noncoding RNA, termed 5S-OT, which is transcribed from 5S rDNA loci in eukaryotes including fission yeast and mammals. 5S-OT plays a cis role in regulating the transcription of 5S rRNA in mice and humans. In the anthropoidea suborder of primates, an antisense Alu element has been inserted at the 5S-OT locus. We found that in human cells, 5S-OT regulates alternative splicing of multiple genes in trans via Alu/anti-Alu pairing with target genes and by interacting with the splicing factor U2AF65. This trans effect of 5S-OT in splicing might be exploited in biotechnological applications.