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【每周一鼠】m6A读取器——HNRNPC

赛业生物《每周一鼠》,每周五更新,为大家讲解一个小鼠模型的故事,希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Hnrnpc基因敲除小鼠。

 

Hnrnpc基因

Hnrnpc是hnRNPs家族成员之一。hnRNPs是一种RNA结合蛋白,它们能与hnRNA相互作用。这些蛋白质与细胞核中的前体mRNA(pre-mRNA)的成熟相关,会影响pre-mRNA加工、mRNA代谢和运输等过程。虽然大部分hnRNP都存在于细胞核中,但有些蛋白似乎具有穿过细胞核的能力,并且,hnRNP蛋白与不同种类核酸结合的亲和力也不同。该基因编码的蛋白质可以作为四聚体并参与40S hnRNP颗粒的组装。目前的研究显示该基因编码至少两种不同种类的转录本[1]

 

hnRNP能结合pre-mRNA并使40S hnRNP颗粒的组装成核。除此之外,还能与mRNA的3'-UTR或5'-UTR中的多聚U序列相互作用并调节靶mRNA分子的稳定性和翻译水平。一个HNRNPC四聚体能结合230-240个核苷酸。三个HNRNPC四聚体能结合700个核苷酸。hnRNP还在剪接体组装的早期步骤中发挥作用,相关研究指出,N6-甲基腺苷(m6A可以通过相应的读取蛋白改变mRNA或长链非编码RNA(lncRNA)的局部结构,促进HNRNPC的结合,从而调节mRNA剪接形式[2]

图1. AlphaFold对HnRNPC1/C2的结构预测[3]

 

与Hnrnpc相关的疾病包括混合性结缔组织病(Mixed Connective Tissue Disease)和眼咽型肌营养不良症(Oculopharyngeal Muscular Dystrophy)。其相关通路包括mRNA剪接和SUMO化的翻译后修饰途径。该基因一个重要的同源基因是HNRNPCL1[2]

 

Hnrnpc基因敲除小鼠

Hnrnpc基因敲除纯合小鼠无法形成原肠胚,基本在胚囊时期(egg cylinder stage)发育停滞,并在此后的不同时期被吸收[4]

 

Williamson等人的研究发现,在胚胎期第7天,Hnrnpc纯合敲除的胚胎很容易与同期的野生型和杂合敲除胚胎进行区分。在胚胎期第6.5天,仍能存活下来的Hnrnpc纯合敲除胚胎与同窝的野生型和杂合胚胎外形相似,但略小于同窝的野生型和杂合胚胎(图2A,胚胎2和4)。原肠胚大约从胚胎期6.5天开始形成,当细胞通过原始条纹并形成中间中胚层时,双层胚囊转化为多层胚囊。但研究人员发现,130多个Hnrnpc纯合敲除胚胎中都没有表现出早期原肠胚的形态学特征(图2B-D)。组织学分析(图2E-L)证实,大部分纯和敲除胚胎可以发育至胚囊阶段(图2F),但没有找到能解释胚胎致死的形态学缺陷。另外,胚胎发育似乎都停滞在胚囊期,并在之后被吸收(图2H、I、K和L)[5]。虽然在研究的过程中,纯合敲除的小鼠会有致死的现象发生,但是我们可以通过条件性敲除的方法,在靶器官研究该基因的一些功能。

图2. hnRNPC缺陷型胚胎的表型[5]

(A-D)hnRNPC缺陷型胚胎发育超过胚胎期6.5天发育停滞。(A)在胚胎期6.5天,尚未被再吸收的敲除胚胎比同窝正常基因型胚胎稍小。(B-D)从胚胎期7到8.5天,敲除胚胎与正常胚胎大小差异明显。正常胚胎经历了快速的细胞增殖和形态变化,但存活的敲除胚胎生长缓慢,到胚胎期8.5天,许多胚胎坏死降解(最右侧)导致难以与母体组织分离。(E、G和J)正常胚胎在胚囊期(E)晚条纹期(G)和体节期(J)的矢状截面。(F)研究人员推测敲除胚胎仍在胚囊期。胚胎比同窝正常胚胎小,胚胎和胚外区域之间的界限不清楚(箭头所指),外胎盘锥发育不足。(H)胚胎期7.5天的敲除胚胎未能形成原肠胚,并且与6.5天的正常胚胎具有很高的相似性。(I)生长发育影响较严重的胚胎正在被吸收。该胚胎的中胚层轴方向错误(所有胚胎的中胚层朝向图片顶部)。(K)到胚胎期8.5天,大多数敲除胚胎都被子宫再吸收。(L)一个存活8.5天的敲除胚胎表明,胚胎的壁内胚层细胞(箭头)已经形成。A代表羊膜腔;all代表尿囊;E代表胎盘外腔;epc代表外胚盘锥;P代表原始条纹;pc代表羊膜腔;pe代表腔壁内胚层;v代表血管。

 

胶质母细胞瘤(GBM)是一种恶性胶质瘤,死亡率很高。N6甲基腺苷RNA甲基化(m6A)在肿瘤中起着越来越重要的作用。目前的研究旨在确定m6A RNA甲基化调节器在胶质母细胞瘤中的功能。Wang L C , Chen S H , Shen X L等人利用TCGA数据库评估了m6a调节蛋白的表达差异和相关性。HNRNPC、WTAP、YTHDF2和YTHDF1这些m6a调节蛋白在GBM中显著上调。之后,研究人员使用Western Blot、RT-PCR和免疫组化来验证HNRNPC的表达与胶质瘤发展之间的关系,发现HNRNPC高表达的患者也具有良好的预后[6]

图3. HNRNPC的表达与人脑胶质瘤的恶性程度和临床预后相关性分析[6]。(A)RT-PCR检测脑胶质瘤和正常脑组织中HNRNPC的mRNA表达水平。(B)不同胶质瘤阶段中HNRNPC mRNA的表达水平。(C)检测正常脑组织和不同胶质瘤阶段中HNRNPC的蛋白水平(D)采用免疫组化检测HNRNPC在胶质瘤组织中的表达。(E)Kaplan–Meier分析用于检查61例胶质瘤患者的HNRNPC表达水平与总生存时间(OS)的相关性(p=0.0268)。 

 

小结

在早期,研究人员通过构建基因敲除小鼠对Hnrnpc进行研究,但是Hnrnpc基因敲除小鼠在胚胎阶段就出现了发育阻滞的问题。通过条件性敲除的方法,可以在靶器官研究该基因的一些功能。这几年的一些研究主要集中于该蛋白对于RNA的调控作用,实验结果显示该蛋白在mRNA的加工中发挥了非常重要的作用,Hnrnpc可能通过m6A修饰调控mRNA的代谢,而且在肿瘤细胞中,Hnrnpc的表达与正常组织不相同,而其中Hnrnpc可能在其中扮演重要的作用。研究癌症相关的研究人员可以关注这方面的研究。

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参考文献:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/3183

2. https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=HNRNPC&keywords=hnrnpc

3. https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/P07910

4. http://www.informatics.jax.org/marker/MGI:107795

5. D, J, Williamson, et al. hnRNP C Is Required for Postimplantation Mouse Development but Is Dispensable for Cell Viability[J]. Molecular & Cellular Biology, 2000.

6. Wang L C ,  Chen S H ,  Shen X L , et al. M6A RNA Methylation Regulator HNRNPC Contributes to Tumorigenesis and Predicts Prognosis in Glioblastoma Multiforme[J]. Frontiers in Oncology, 2020, 10.

 

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