Cell颠覆传统认知：出人意料的mRNA修饰

　　

生物通报道  根据分子生物学的中心教条（又称中心法则），遗传信息是从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，其为活体生物中遗传信息的解码和翻译提供了一种简单的解释。

当然在现实中，这一过程比近60年前DNA双螺旋结构的共同发现者、诺贝尔奖得主Francis Crick首次提出的要远远复杂得多。其一，有多种类型的RNA,其中的三种——信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)对于正确的蛋白质生成至关重要。此外，在转录过程中合成的RNAs往往还要经历后续的改变，这被称作为“转录后修饰”（延伸阅读：Cell综述：RNA修饰的新作用 ）。

尽管多年来已发现了多种这样的RNA修饰，但其中许多RNA修饰的功能和意义仍然是未解之谜。其中最常见的一种转录后修饰就是“假尿嘧啶化” (pseudouridylation)，在此过程中尿嘧啶核苷（U）化学结构发生改变形成假尿嘧啶核苷(ψ)分子。到目前为止，已在tRNA、rRNA、snRNA中发现了大量的ψ，然而人们认为ψ不存在于mRNA中。

现在由Whitehead研究所和Broad研究所的科研人员组成的一个研究小组，利用一种先进的高通量测序技术ψ-seq，绘制出了广泛的、高分辨率ψ位点图谱，证实假尿嘧啶化确实自然存在于mRNA中。在9月11日的《细胞》（Cell）杂志上，研究人员详细地描述了这种新方法和令人惊讶的研究发现。

论文的共同第一作者、Whitehead 研究所创始成员Gerald Fink实验室博士后研究人员Douglas Bernstein说：“这真是一种更好的检测这种修饰的定量方法，其本身非常的有趣。在mRNA中发现这种修饰是一个意外的收获。”

Bernstein与Broad研究所核心成员Aviv Regev实验室的博士后Schragi Schwartz和Max Mumbach合作，在酵母中绘制出了这一ψ图谱。在mRNA中的几十个位点发现假尿嘧啶化之后，该研究小组开始着手确定这种修饰的功能作用。

知道假尿嘧啶化是由假尿嘧啶合成酶（pseudouridine synthases，PUS）所催化，该研究小组检测了正常的野生型酵母菌株以及PUS基因删除的突变株中mRNA假尿嘧啶化之间的差异。有趣的是，他们发现在正常酵母菌株中热休克可显著增高mRNA假尿嘧啶化位点的数量。并且，相比于遗传改造的酵母菌株，在野生型酵母菌株中假尿嘧啶化基因的表达水平要增高近25%。

综上所述，这些结果表明了在酵母中热休克激活了一种动态的假尿嘧啶化程序，有可能通过提高不利条件下mRNA的稳定性给生物带来了益处。

尽管研究人员是在酵母中阐析mRNA假尿嘧啶化的作用，这种方法学和研究结果对人类也有可能具有重要意义。作为这项研究工作的组成部分，科学家们对一组人类细胞进行了ψ-seq，证实人类和酵母细胞之间的mRNA假尿嘧啶化位点惊人的相似。值得注意的是，包括先天性角化不良在许多的人类疾病都与PUS基因突变相关，表明ψ-seq或可应用于揭示RNA假尿嘧啶化在人类疾病中的影响。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Transcriptome-wide Mapping Reveals Widespread Dynamic-Regulated Pseudouridylation of ncRNA and mRNA

Pseudouridine is the most abundant RNA modification, yet except for a few well-studied cases, little is known about the modified positions and their function(s). Here, we develop Ψ-seq for transcriptome-wide quantitative mapping of pseudouridine. We validate Ψ-seq with spike-ins and de novo identification of previously reported positions and discover hundreds of unique sites in human and yeast mRNAs and snoRNAs. Perturbing pseudouridine synthases (PUS) uncovers which pseudouridine synthase modifies each site and their target sequence features. mRNA pseudouridinylation depends on both site-specific and snoRNA-guided pseudouridine synthases. Upon heat shock in yeast, Pus7p-mediated pseudouridylation is induced at >200 sites, and PUS7 deletion decreases the levels of otherwise pseudouridylated mRNA, suggesting a role in enhancing transcript stability. rRNA pseudouridine stoichiometries are conserved but reduced in cells from dyskeratosis congenita patients, where the PUS DKC1 is mutated. Our work identifies an enhanced, transcriptome-wide scope for pseudouridine and methods to dissect its underlying mechanisms and function.