任國棟課題組揭示剪接復合體解離因子促進miRNA合成代謝的分子機制
6月19日，我院遺傳工程國家重點實驗室任國棟團隊在《核酸研究》（Nucleic Acids Research）發(fā)表了題為“Spliceosome disassembly factors ILP1 and NTR1 promote miRNA biogenesis in Arabidopsis thaliana”的研究論文，揭示了剪接復合體解離因子ILP1和NTR1通過促進MIRNA基因轉錄延伸調(diào)控miRNA生物合成的分子機制。
MicroRNA（miRNA）是一類長度為20-24堿基的內(nèi)源性非編碼小分子RNA，其主要功能是在轉錄后水平負調(diào)控靶標基因的表達。近年來研究提示MIRNA基因的轉錄與加工成熟可能是緊密偶聯(lián)的，且多個RNA剪接相關蛋白質(zhì)參與其中，但具體交互作用機制仍不清楚。
該研究通過候選基因篩選鑒定了一個參與miRNA生成的新成員ILP1。免疫共沉淀-質(zhì)譜實驗和一系列蛋白-蛋白相互作用實驗表明ILP1與G-patch結構域蛋白NTR1存在強相互作用。結合物種間保守性分析，兩者可能和RNA解旋酶PRP43一起共同介導植物內(nèi)含子-套索RNA剪接復合體（Intron-lariatspliceosome）的解離。突變體分析表明ilp1和ntr1具有非常相似的發(fā)育和分子表型，具體包括發(fā)育遲緩、果莢簇生、對ABA超敏感、生物鐘周期延長等發(fā)育表型和基因差異表達、RNA可變剪接異常、成熟miRNA表達水平廣譜下降等分子表型。有意思的是，miRNA前體轉錄本（pri-miRNA）在ilp1和ntr1突變體中均普遍下調(diào)，且該下調(diào)與pri-miRNA是否是否含有內(nèi)含子無關。然而，對于在ilp1和ntr1突變體中發(fā)生顯著性可變剪接變化的編碼基因，其基因表達卻不受影響。上述結果表明ILP1和NTR1調(diào)控pri-miRNA的表達和RNA可變剪接可能是相對獨立的兩個過程。研究人員通過一系列基于報告系統(tǒng)的體內(nèi)實驗和染色質(zhì)免疫共沉淀-定量PCR等分子實驗，最終揭示ILP1和NTR1可能通過影響MIRNA基因的轉錄延伸促進miRNA生物合成。此外還發(fā)現(xiàn)ILP1／NTR1與miRNA加工復合體成員DCL1、SE存在相互作用，猜測這種互作可能有助于招募ILP1及NTR1到MIRNA基因的染色質(zhì)區(qū)域。
圖2：剪接復合體解離因子調(diào)控植物發(fā)育的工作模型。作為剪接復合體解離因子，ILP1和NTR1協(xié)助PRP43參與套索RNA和U2/5/6 snRNA從剪接位點上解離。ILP1和NTR1可通過miRNA途徑依賴和非依賴的方式調(diào)控植物發(fā)育。一方面，ILP1和NTR1調(diào)控部分編碼基因的可變剪接；另一方面，ILP1和NTR1通過促進MIRNA基因的轉錄延伸及影響一些miRNA前體分子的可變剪接進而調(diào)節(jié)miRNA的生物合成。
相較于編碼基因，非編碼RNA的內(nèi)含子在進化上受到的選擇壓較小，非編碼RNA剪接/可變剪接的生物學意義仍不清楚。該研究為深入探討RNA剪接因子在非編碼RNA基因轉錄、共轉錄剪接和后續(xù)加工成熟等過程中的調(diào)控機制奠定研究基礎。
該研究受國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃項目資助。任國棟課題組的王俊麗和陳素素同學以及生物統(tǒng)計系的姜寧老師為本文共同第一作者，任國棟研究員為通訊作者，復旦大學為第一單位。該研究工作還得到我院鄭丙蓮研究員、麻錦彪教授、倪挺研究員、李琳研究員（青年）以及中科院植生所劉宏濤研究員的大力支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nar/gkz526
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