重大发现！7SL RNA 与信号识别颗粒协同调控细胞急性热应激反应的全新机制

为探究 7SL RNA 和 SRP 在应激反应中的作用，美国麻省总医院等单位的研究人员开展相关研究。结果发现它们可调控细胞热应激反应中的转录和翻译。该成果有助于深入理解细胞应激机制，极具科研价值，推荐阅读。

　　

美国麻省总医院（Massachusetts General Hospital）分子生物学系等单位的研究人员 Bojan Bujisic、Hun-Goo Lee 等在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “7SL RNA and signal recognition particle orchestrate a global cellular response to acute thermal stress” 的论文。该研究发现了 7SL RNA 和信号识别颗粒（Signal Recognition Particle，SRP）在细胞应对急性热应激反应中的新功能，这一成果对于深入理解细胞应激反应机制具有重要意义，为相关疾病的治疗和药物研发提供了新的理论基础。

研究背景

短散在核元件（Short Interspersed Nuclear Elements，SINEs）是哺乳动物基因组中一类重要的重复元件，在维持细胞内环境稳定方面发挥着关键作用。例如，人类的 Alu 元件和小鼠的 B1、B2 元件，在病毒感染、热休克等应激条件下，会被 RNA 聚合酶 III（POL-III）转录，产生的非编码转录本可调节基因的转录和翻译。7SL RNA 作为哺乳动物 Alu 和 B1 SINE RNAs 的祖先，以往认为它仅在 SRP 中发挥作用，帮助分泌蛋白转运到内质网（Endoplasmic Reticulum，ER）进行分泌。然而，鉴于 7SL 与应激反应元件 Alu 的密切进化关系，研究人员推测 7SL 可能还存在其他功能。此前关于 SRP 与翻译抑制关系的研究结论不一，且 7SL 在应激反应中的作用也尚未明确，因此开展这项研究，探索 7SL RNA 和 SRP 在应激反应中的功能。

研究方法

1. 细胞培养与 siRNA 转染：培养 NIH3T3 细胞和 HCT8 细胞，使用 Lipofectamine? RNAiMAX 转染试剂将 siRNA 转染到细胞中，用于敲低特定基因的表达。
2. RNA 分析技术：运用 PRO-Seq 检测 7SL RNA 的新生合成；通过 Northern Blot 分析 7SL RNA 在细胞不同组分中的表达水平；利用 RNA 荧光原位杂交（RNA Fluorescence In Situ Hybridization，RNA FISH）技术观察 7SL RNA 在细胞中的定位；采用 7SL RNA CHART-Seq 技术研究 7SL RNA 与染色质的结合情况；借助 Ribo-Seq 分析翻译水平的变化；使用 RNA-Seq 分析基因转录水平的变化。
3. 蛋白质相关技术：进行 SRP 下拉实验（SRP pull down）以研究蛋白质之间的相互作用；通过 Western blot 检测蛋白质表达水平；运用蔗糖密度梯度离心（Sucrose Density Gradient Fractionation）分析 7SL-SRP 与核糖体的结合情况；采用点击化学标记（Click-iT）和嘌呤霉素标记（Puromycilation）检测新生蛋白质合成；利用接近连接测定（Proximity Ligation Assay，PLA）技术研究蛋白质之间的相互作用。
4. 其他技术：运用 UV 交联 RNA 免疫沉淀（UV-crosslink RNA Immunoprecipitation，UV-RIP）研究 RNA 与蛋白质的相互作用；通过细胞活力检测（CCK8 viability assay）评估细胞在热应激后的存活情况；利用细胞分级分离（Cell fractionation）技术分离细胞的不同组分。

研究结果

1. 热休克诱导 7SL 表达、核积累及与染色质结合：通过 PRO-Seq 分析发现，小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）在 42°C 热休克处理后，7SL RNA 的新生转录在 2.5 分钟内增加，并持续至少 60 分钟。细胞分级分离实验和 RNA FISH 结果表明，热休克后 7SL RNA 在细胞核中显著积累，同时在细胞质中的含量减少，且 7SL 和 SRP 蛋白会从细胞质转移到细胞核。CHART-Seq 分析显示，热休克后 7SL RNA 与染色质的结合位点增加，主要结合在启动子区域，且偏好距离启动子区域小于 1kb 的位置。
2. 7SL-SRP 结合基因受热休克抑制：研究发现，热休克后 7SL 与靶基因的结合增强，且 7SL 结合的基因在热休克后大多下调。基因本体（Gene Ontology）分析表明，7SL 主要结合参与转录调控的基因，如 POL-II 转录因子 Btf3 和中介体复合物亚基 Med4。PRO-seq 分析显示，热休克后 28S 和 18S rRNAs 的合成显著下调，同时 7SL 在相应 rDNA 位点的结合增加。与整体基因表达相比，7SL 靶基因在热休克后更倾向于下调，这表明 7SL-SRP 可能在急性热应激时参与转录抑制。
3. SRP 在热休克时选择性抑制转录：RNA FISH 实验发现，热休克后 7SL 在核仁中富集，且与核仁标记物核磷蛋白（nucleophosmin）共定位增加，这表明 7SL 移位到核仁可能有助于其对 POL-I 基因的抑制作用。通过 siRNA 敲低 SRP72 后进行 RNA-Seq 分析，结果显示热休克诱导的转录变化在 SRP72 缺失的细胞中明显减弱，这说明 7SL RNA 和 SRP 在急性热休克时对转录重编程至关重要。
4. 热休克诱导 7SL-SRP 与核糖体结合：蔗糖密度梯度离心实验表明，热休克诱导 7SL 与核糖体的结合显著增加，且 7SL 和 SRP 的蛋白成分（如 SRP54 和 SRP72）在蔗糖梯度中的分布向核糖体相关的重馏分转移。UV-RIP 和 PLA 实验进一步证实了 7SL-SRP 与核糖体的直接结合，这表明在急性热应激时，7SL-SRP 复合物从游离的细胞质池转移到与核糖体结合。
5. 7SL-SRP 在热休克时急性抑制翻译：通过 siRNA 敲低 SRP14 和 SRP72，并用 Click-iT 和嘌呤霉素标记新生蛋白质，结果显示热休克会强烈抑制蛋白质合成，而敲低 SRP14 或 SRP72 会减弱这种抑制作用，这表明 SRP 是热休克时急性翻译抑制所必需的。Ribo-Seq 分析表明，热休克导致核糖体保护的 mRNA 足迹减少，敲低 SRP72 可部分恢复这种减少，且 SRP 主要抑制热休克时特定 mRNA 子集的翻译效率。功能注释聚类分析发现，SRP 优先抑制核编码线粒体因子的翻译，且这种抑制作用与信号肽无关。
6. SRP 优先抑制热应激下核编码线粒体因子的翻译：对热休克下 SRP72 缺失的 NIH3T3 细胞进行转录组分析，根据翻译效率（Translation Efficiency，TE）的变化将 mRNA 分为 4 个簇。其中，簇 4 中的基因主要在热应激时受 SRP 翻译水平的调控，且该簇中核编码线粒体基因显著富集。对代表性线粒体蛋白编码基因 Cyc1 和 Apex1 的分析进一步证实，热休克导致其 RPF 信号丢失，而在 SRP72 缺失的细胞中这种效应减弱，这表明 SRP 在热休克时选择性抑制核编码线粒体 mRNA 的翻译。

研究结论与讨论

本研究揭示了 7SL RNA 和 SRP 在细胞应对热休克反应中的重要作用，它们不再仅仅局限于协助分泌蛋白转运，而是参与了细胞核、细胞质和线粒体中基因转录和翻译的全局调控，是细胞应对热应激的协调反应的一部分。

在细胞核中，热休克诱导 7SL RNA 积累，其与染色质结合，可能通过抑制转录调控因子的表达，深刻改变转录网络。同时，SRP 蛋白亚基可能参与调节 mRNA 水平，7SL 介导的转录下调和 SRP 介导的 mRNA 代谢可能协同作用，精细调节转录输出。在细胞质中，热休克使 7SL/SRP 从协助分泌蛋白转运转变为抑制肽合成，其与核糖体结合抑制翻译，且这种调节可能独立于真核翻译起始因子 2α（eIF2α）磷酸化和综合应激反应（Integrated Stress Response，ISR）。此外，SRP 优先抑制核编码线粒体蛋白的翻译，这可能导致线粒体功能受损，影响细胞在热应激下的存活。

然而，目前尚不清楚 7SL/SRP 机制如何融入细胞应对热应激的整体分子调控网络，未来需要进一步研究 7SL/SRP 与其他主要应激反应调节因子（如应激颗粒、HSF1 和 NELF 途径）的相互作用。本研究为理解细胞应激反应机制提供了新视角，也为相关疾病的治疗和药物研发开辟了新方向。