Nature子刊突破性发现：人类短内含子剪接的独特新机制

在pre-mRNA中，被中断的非编码区域被称为“内含子”，通过“剪接”来产生成熟的编码mrna，并被翻译成蛋白质。由于人类pre-mRNA内含子的长度不同，其剪接机制和相关因素可能并不普遍。日本藤田健康大学(Fujita Health University)的研究人员的一项研究报告了人类短内含子的一个子集，这些短内含子是由新的基本剪接因子SPF45 (RBM17)而不是已知的剪接因子U2AF二聚体剪接的。

　　

   

   

SPF45是一种作用于人类短内含子子集的新型必要剪接因子;日本藤田健康大学(Fujita Health University)的研究人员的一项新研究显示，涉及该因子的剪接机制与较长的传统内含子不同

蛋白质编码基因携带蛋白质生产的蓝图。然而，在高等生物中，大多数编码基因转录本或前mRNA被称为“内含子”的非编码序列分隔开，必须将内含子剪掉或“剪接”，才能生成成熟的mRNA，从而转化为蛋白质。

人类pre-mRNA内含子的长度差异很大，从不到50个核苷酸到超过100万个核苷酸(nt)不等。人类pre-mRNA剪接涉及到一个巨大的蛋白质- rna复合物“剪接体”中的动态逐步反应，该复合物包括五种被称为U snRNPs的小核糖核蛋白和许多蛋白质因子。pre-mRNA中重要的剪接信号序列(5’剪接位点、分支位点序列、3’剪接位点后的PPT)分别被剪接因子U1 snRNP、U2 snRNP和U2AF65/U2AF35结合，共同构成剪接体A复合体。A复合体的球状结构占据了一个79-125 nt单链RNA的长度，大约是已知短内含子(43-56 nt)的两倍。这些短内含子是如何适应具有已知基本因子的超大复合物的?可以假定，这些短内含子是通过不同的机制剪接出来的。

现在，由日本藤田健康大学综合医学科学研究所的Akila Mayeda教授领导的一个研究小组试图在发表在《自然通讯》上的最新研究中回答这个问题。论文的合著者Kazuhiro Fukumura详细阐述了他们的发现，“人类mRNA前内含子的长度变化很大，从50到100多万个核苷酸不等。因此，我们假设可能存在一种独特的替代剪接机制涉及人类短内含子的剪接。”

研究小组首先从154种人类核蛋白中寻找剪接人类短内含子的必要因素。他们使用小干扰rna (siRNA)下调了这些蛋白质在人类细胞系(HeLa细胞)中的表达。为了分析剪接活性，他们选择了HNRNPH1前mRNA(heterogeneous nuclear ribonnucleoprotein H1)，包括一个56-nt短内含子。

在含有56-nt内含子的HNRNPH1 pre-mRNA中，最强烈的剪接抑制是由SPF45敲低引起的，而在含有对照366-nt内含子的HNRNPH1 pre-mRNA中则未观察到剪接抑制。为了进一步证实SPF45是一组短内含子的共同剪接因子，他们用SPF45敲低细胞的RNA进行了全转录组测序。在spf45敲低细胞中，剪接最常见的变化是内含子的保留，共发现187个保留的内含子。值得注意的是，这些依赖spf45的内含子的长度分布强烈地偏向于较短的长度。这表明SPF45对于许多短内含子的pre- mrna的剪接是必需的。

接下来，研究人员调查了决定某些短内含子spf45依赖性的因素。已知的真实剪接因子U2AF异质二聚体(U2AF65/U2AF35)需要一个PPT序列和下游3 '剪接位点。值得注意的是，这个PPT中的一个截断导致了spf45依赖，这表明简短的PPT对于spf45依赖的剪接至关重要。正如预期的那样，敲低U2AF异源二聚体显著降低了传统内含子的剪接;然而，SPF45依赖的短内含子被相当有效地剪接掉，表明SPF45在截断的PPTs上驱逐U2AF异源二聚体，而新安装的SPF45促进了短内含子剪接。最后，通过生化分析和各种SPF45突变蛋白的剪接实验，建立了PPT被截断的短内含子上SPF45依赖剪接的模型(图1)。

此前，有报道称SPF45作为可变剪接的调节因子;然而，SPF45也是细胞在体内存活和维持的重要因素。该研究团队通过证明SPF45在早期剪接体中是一种新颖而独特的结构性剪接因子，即人类短内含子的一个子集与截短的PPTs被SPF45剪接，而不是先前已知的U2AF异源二聚体剪接，为这个谜提供了一个解决方案。

Mayeda教授表示:“这是基础研究领域的突破性成就。然而，我们的发现的应用也可能很有趣。SPF45过表达导致对抗癌药物的多药耐药。据推测，参与这一机制的基因含有依赖spf45的内含子。因此，SPF45的过表达可能会通过剪接激活转录本引起该基因的上调。了解这些机制有助于开发有效的治疗干预措施。”

原文参考：

Title of original paper: SPF45/RBM17-dependent, but not U2AF dependent, splicing in a distinct subset of human short introns

Journal: Nature Communications

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-24879-y