北大《RNA》成果：揭示RNA的奥秘

导读：北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心陆剑课题组在国际知名学术期刊Nucleic Acids Research以长文形式，首次报道了果蝇中来源于tRNA的小RNA（tRNA-derived small RNAs, tsRNA）对靶基因的调控机制和在胁迫应答中的重要作用。赛业小编为您推荐“北大《RNA》成果：揭示RNA的奥秘”，详情如下：

北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心陆剑课题组在国际知名学术期刊Nucleic Acids Research以长文形式，首次报道了果蝇中来源于tRNA的小RNA（tRNA-derived small RNAs, tsRNA）对靶基因的调控机制和在胁迫应答中的重要作用。

来源于tRNA的tsRNA是近年新发现的一类小RNA，研究发现tsRNA并非tRNA的随机降解产物，其与环境胁迫应答、细胞增殖和癌变、表观遗传等过程有关。先前研究表明tsRNA可以调控细胞的整体翻译水平，但是对其作用机制并没有统一的认识。

陆剑研究组首先通过对公共数据库中果蝇小RNA数据的分析，发现果蝇中大多数tsRNA是高度保守、普遍存在、并且有较高的丰度，揭示这些tsRNA可能有重要的生物学作用。结合tsRNA细胞转染、mRNA-seq、核糖体图谱（ribosome profiling）和双荧光素酶报告实验，他们发现tsRNA转染后能显著降低细胞的整体翻译水平，并且tsRNA通过进化上保守的互补序列来识别并抑制靶基因mRNA的翻译。他们靶基因预测结果显示tsRNA倾向于结合并抑制细胞翻译系统主要蛋白的mRNA分子，从而解释了tsRNA如何通过序列互补的模式来抑制细胞整体翻译水平。

此外，对血清饥饿状态下的果蝇S2细胞的实验结果表明tsRNA参与了细胞的饥饿应答过程，并且这个过程是独立于mTOR通路，但是依赖于果蝇的AGO2蛋白。

基于上述结果，该研究提出了果蝇细胞中“tsRNA连环计”的胁迫应答模型。在胁迫条件下，生物体的细胞翻译水平通常会下调。在“tsRNA连环计”模型中，首先tsRNA的生成会减少细胞中tRNA的丰度从而降低细胞整体翻译水平；其次tsRNA通过序列互补特异性抑制细胞翻译系统关键组分蛋白的mRNA自身翻译，从而降低细胞的整体翻译水平。基于tsRNA的连锁反应使得细胞能够迅速高效的产生胁迫应答。该研究首次揭示了果蝇中tsRNA介导的调控过程对细胞的能量平衡和代谢适应性的关键作用，对深入理解tsRNA的机制和功能提供了新的思路。

另外一篇文章中，这组研究人员报道了脊椎动物中miRNA复制之后发生的功能分化及miRNA复制在进化过程中对新靶位点招募的促进作用。

miRNA是一类生物体内源表达的长约22碱基的非编码小RNA，通过种子序列互补配对的方式识别靶基因mRNA并调控其表达。由于这种较短的配对方式，一种miRNA通常有上百个靶基因，一个靶基因也可以同时被多个miRNA调控。这种“多对多”的作用方式决定了miRNA：mRNA相互作用调控网络的复杂性。那么miRNA是如何起源和演化的呢？

早在2008年，陆剑研究员便开始从演化生物学角度研究动物中非编码小RNA的调控机理和演化模式。他提出的“出生-死亡”模型，揭示了绝大部分新miRNA在演化中快速产生和快速死亡 (Lu et al. 2008a)，并发现正向选择是果蝇中新miRNA产生的驱动力(Lu et al. 2008b)，之后在群体基因组学水平上系统地研究了miRNA调控系统变异和人类转录组多态性的关系 (Lu & Clark, 2012)。

那么，哪些特征可以使新产生的miRNA在演化过程中更容易被保留下来呢？近年来陆剑课题组对这一问题进行了研究。基因组中很多miRNA是成簇存在的，形成多顺反子结构被共同转录。陆剑课题组发现同簇不同家族的miRNA在功能上有趋同进化的现象，并提出了“功能共适应模型”来说明成簇存在的miRNA在演化过程中更容易积累适应性突变并被自然选择所保留下来 (Wang et al. 2016)。

陆剑课题组通过系统性地研究人类不同组织中小RNA的表达谱，并结合靶基因的预测以及已发表的实验数据，发现基因复制产生的旁系同源miRNA在基因表达和靶基因偏好上存在广泛差异，具有相同种子序列的旁系同源miRNA（Duplicated miRNAs）比单拷贝的miRNA拥有显著更多的靶基因。通过比较基因组学分析，他们认为miRNA复制为新产生的靶位点提供了更为广泛的共进化环境，从而使那些靶位点更容易产生功能并在进化过程中保留下来。

通过在四种哺乳动物（人，恒河猴，非洲绿猴，大鼠）的肾源细胞系中过表达let-7a和let-7b，结合高通量测序和转录组深度分析，进一步验证了miRNA复制之后不同拷贝对靶基因有不同的偏好性，并发现let-7靶位点的获得和丢失与不同物种间基因表达演化相关。

原文标题：

Drosophila tsRNAs preferentially suppress general translation machinery via antisense pairing and participate in cellular starvation response

MicroRNA Duplication Accelerates the Recruitment of New Targets During Vertebrate Evolution

本文来自生物通，转载的目的在于分享见解。如有侵权，请告知删除！——赛业生物科技有限公司

干细胞技术服务：

■ 过表达/干扰/基因敲除稳转株构建
■ 干细胞成骨/成脂/成软骨分化
■ 干细胞成肝/成肌/成神经元定向诱导分化

肿瘤细胞技术服务
■转基因服务：过表达、干扰、基因敲除稳转株
■常规检测：增殖检测、细胞周期、细胞迁移与侵袭、细胞划痕

免疫学检测
Western Blot、ELISA 、免疫荧光、免疫组化、免疫共沉淀

组织学检测
石蜡切片/冰冻切片、HE染色、特殊染色

其他检测
PCR类检测、蛋白质谱分析、荧光原位杂交