An Atlas of RNA-Dependent Proteins: Unveiling the Hidden Regulatory Role in Cell Division

为探究 RNA 和 RNA 结合蛋白（RBPs）在细胞分裂中的作用，研究人员构建相关图谱，揭示 RNA 调控作用，意义重大。

　　在细胞的微观世界里，细胞分裂就像一场精密的舞蹈，每一个步骤都有条不紊地进行着，确保遗传物质准确无误地传递给子代细胞。在这场 “舞蹈” 中，RNA 和 RNA 结合蛋白（RBPs）一直以来都吸引着科学家们的目光。它们广泛存在于细胞中，参与众多关键的生物学过程。然而，在细胞分裂这个关键时期，它们的角色却如同被迷雾笼罩，充满了未知。

以往的研究虽然发现 RNA 和 RBPs 存在于有丝分裂结构中，但它们对细胞分裂的具体影响机制却模糊不清。而且，传统的蛋白质研究大多聚焦于蛋白质 - 蛋白质相互作用介导的调控，却忽视了 RNA 与蛋白质相互作用在细胞分裂中的潜在作用。鉴于此，来自德国癌症研究中心（German Cancer Research Center，DKFZ）等机构的研究人员决心深入探索，开展了一项旨在揭示 RNA 和 RBPs 在细胞分裂中作用的研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解细胞分裂的调控机制打开了一扇新的大门。

为了深入研究这一课题，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：

1. R-DeeP 筛选技术：通过蔗糖密度梯度离心和超离心，对同步化于有丝分裂期和间期的 HeLa 细胞进行 R-DeeP 筛选，以此来识别 RNA 依赖的蛋白质，并获取特定且定量的数据。
2. 免疫沉淀和质谱分析：对 AURKA 进行免疫沉淀，随后进行质谱分析，以确定其 RNA 依赖的蛋白质相互作用伙伴。
3. 个体核苷酸分辨率的紫外线交联和免疫沉淀（iCLIP）：运用该技术确定蛋白质与 RNA 转录本的直接相互作用，并对相互作用的 RNA 进行测序分析。

研究结果如下：

1. 细胞周期特异性 RNA 依赖蛋白的鉴定：通过对有丝分裂期和间期的差异 R-DeeP 筛选，研究人员在有丝分裂期检测到 7152 种蛋白质，其中 1751 种至少有一次移位；在间期检测到 7060 种蛋白质，1912 种至少有一次移位。他们还发现了 389 种有丝分裂期特异性和 426 种间期特异性的 RNA 依赖蛋白，这些蛋白此前从未被报道与 RNA 相关。研究人员还创建了有丝分裂期 RNA 依赖蛋白图谱，在总共 1472 种有丝分裂蛋白中，鉴定出 826 种 RNA 依赖蛋白，这意味着超过一半的有丝分裂蛋白与 RNA 相关。这些蛋白广泛分布于各种有丝分裂结构中，如纺锤体极、纺锤体中带、动粒和染色体等123。
2. Aurora Kinase A（AURKA）的 RNA 依赖性：AURKA 是细胞周期调控的关键激酶，在多种癌症中常常过表达，是重要的抗癌靶点。研究发现，AURKA 是一种 RNA 依赖的蛋白，在有丝分裂期，RNase 处理后，其在蔗糖密度梯度中的分布发生明显左移，这表明 RNA 对 AURKA 的相互作用至关重要，可能影响其与其他蛋白的结合。
3. KIFC1 作为 AURKA 的新相互作用伙伴：研究人员发现 KIFC1 是 AURKA 的一个新的、对 RNase 敏感的相互作用伙伴。AURKA、KIFC1 和 TPX2 之间的相互作用是 RNA 依赖的，它们可能在有丝分裂中作为一个复合物发挥作用。PLA 实验进一步验证了它们在细胞内的相互作用以及 RNA 对这些相互作用的介导作用。
4. KIFC1 相互作用 RNA 的特征：通过 iCLIP 分析发现，KIFC1 相互作用的 RNA 主要来源于 rRNA 和蛋白质编码转录本，且缺乏序列特异性。其结合频率在很大程度上反映了转录本的丰度。
5. AURKA 对 KIFC1 的磷酸化作用：研究证实 AURKA 可以磷酸化 KIFC1，具体作用位点为 S³⁴⁹和 T³⁵⁹。这一发现揭示了 AURKA 和 KIFC1 之间新的调控关系。
6. RNA 对 AURKA 激酶活性和构象的影响：体外激酶实验表明，RNA 能够刺激 AURKA 的激酶活性，增加其对 KIFC1 和 TPX2 的磷酸化信号。nanoDSF 实验则显示，RNA 可以稳定 AURKA 的构象，使其热稳定性增加，这可能是 RNA 增强 AURKA 激酶功能的机制之一。

研究结论和讨论部分指出，该研究构建的 RNA 依赖蛋白图谱，为深入理解细胞分裂过程中 RNA 的调控作用提供了重要资源。研究揭示了 AURKA、TPX2 和 KIFC1 等关键有丝分裂因子与 RNA 的相互作用，表明 RNA 在调节有丝分裂蛋白 - 蛋白质相互作用中发挥着重要作用。特别是 RNA 对 AURKA 激酶活性的刺激和构象的稳定，可能对其底物的激活产生重要影响。然而，研究也存在一定的局限性，例如 R-DeeP 策略在样本制备过程中存在一些固有问题，分析流程中的截断值可能导致部分蛋白质信息缺失或出现假阴性结果。尽管如此，该研究为细胞分裂领域的研究开辟了新的方向，未来需要进一步研究这些 RNA - 蛋白质相互作用的具体机制，以及它们在不同细胞类型中的功能差异。这不仅有助于我们更深入地理解细胞分裂的基本生物学过程，也可能为开发针对癌症等疾病的新型治疗策略提供理论基础。