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证明迷一般的核内斑点结构功能:驱动高效mRNA剪接
【字体: 大 中 小 】 时间:2024年11月01日 来源:AAAS
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核结构研究提供了深入了解核体在RNA加工中的作用。
一百多年前,当Santiago Ramón y Cajal用显微镜观察神经元时,他看到了神经元核内的纤维状和斑点状结构研究人员后来发现,这些被称为核体的核室没有膜,但含有参与特定功能的分子簇。其中一种核体,斑点核,含有已知参与mRNA剪接的剪接体。斑点的破坏导致一系列疾病和发育障碍,但斑点如何驱动剪接仍不清楚。
一种观点认为斑点是拼接工厂。剪接反应发生在斑点内部,然后剪接产物离开。“人们发现事实并非如此,”加州理工学院(California Institute of Technology)分子生物学家Mitchell Guttman说。“它们剪接因子浓度最高的原因非常类似于,如果我在你的房子里寻找床单浓度最高的地方,它不会在你的床上,而是在你的亚麻衣柜里,对吧?”当你不使用它们时,你存储它们的位置。核斑点也被认为是如此。”
斑点可能是剪接体的储存地点的想法促使Guttman更深入地研究核组织如何影响剪接过程。在最近的一篇文章中,他表明,当基因优先定位在斑点附近时,mRNA的剪接效率显著提高
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的细胞生物学家Andrew Belmont没有参与这项研究,他说:“这对RNA加工领域来说意义重大,因为现在它确实赋予了斑点的功能意义。”
Guttman和他的团队对核组织如何影响基因调控的不同数量方面很感兴趣。为此,他们之前开发了一种方法来识别小鼠胚胎干细胞中“斑点远”和“斑点近”的不同基因组区域在他们的新研究中,他们使用CRISPR和CRISPR相关蛋白基因编辑技术将一个报告基因整合到这些基因组区域中。
报告基因是双向的。一个转录方向产生剪接RNA,用绿色荧光蛋白(GFP)标记,另一个转录方向产生未剪接RNA,用蓝色荧光蛋白(BFP)标记。当报告基因被整合到靠近斑点的基因组区域时,GFP与BFP的比例显著提高。
小鼠胚胎干细胞是全能的,表达许多不同的基因,但Guttman想知道基因组结构是否使组织特异性基因更接近斑点。为了找到答案,他研究了小鼠肌细胞中表达titin的Ttn基因,titin是收缩器官的关键成分。Guttman发现,与胚胎干细胞相比,Ttn在肌细胞中的位置更接近斑点,其相应mRNA在肌细胞中的剪接效率也高于胚胎干细胞。此外,在肌细胞中位于Ttn基因组附近的其他基因被更有效地拼接。
根据这些发现,Guttman得出结论,斑点会发出剪接体。“想想围绕太阳运行的行星,”他说。“当你离得越来越远时,传热就会急剧减少。”类似地,对于剪接体发射斑点,Guttman解释说,如果目标mRNA在附近,剪接体在细胞核内有更小的搜索区域,使mRNA更容易被发现。
Guttman说:“通过物理空间组织,DNA结构的重塑,实现两个非常不同但关键集成过程的功能动力学耦合,这一想法是我没有必要预料到的,但我认为这是令人难以置信的兴奋,更一般地说,在思考细胞中定量调节如何发生的新机制方面。”
接下来,Guttman和他的团队想要揭示基因组结构如何组织以实现mRNA剪接的特定和精确动力学。“尽管所有这些分子在细胞核中随机移动,但这两个组成部分之间的相互亲和力驱动了这种结合。这就是我们为什么要成立这个组织的原因,”Guttman说。
Belmont说:“在过去的几年里,研究核斑点的论文数量已经有所增加,但现在,这种强大的功能意义将说服更多的人考虑核斑点在核组织背景下与RNA加工相关的任何过程中的作用。”
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