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Cell:小分子RNA的大作用

 所有有性繁殖多细胞生物体都依赖于卵子来支持早期的生命。加州大学圣地亚哥医学院及Ludwig癌症研究所的研究人员利用微小线虫作为模型,更好地了解了卵子仅借助于已存在的物质实现胚胎发育的机制。发表在3月24日《细胞》(Cell)杂志上的这项研究,揭示出了小分子RNA(Small RNAs)和辅助蛋白在微调卵子发育中所起的作用。

加州大学圣地亚哥医学院教授、Ludwig癌症研究所圣地亚哥分部成员Arshad Desai博士说:“卵子不同于其他的生长细胞,在细胞分裂发生之前利用营养物质建造了细胞团。例如,青蛙卵不生长,只是通过分裂成越来越小的细胞生成了大约3000个细胞,我们很有兴趣想了解卵子是如何做到这一点的。”
这项研究更进一步地认识了小RNAs及它们影响细胞功能的机制,证实小分子RNAs与一种叫做Argonaute的酶一起发挥作用帮助构建了完美的线虫卵。新研究是建立在早先的一项研究工作基础之上:一种特殊的Argonaute蛋白CSR-1在卵子受精后影响了胚胎第一次分裂的染色体分布。
以往的一项研究表明,通过帮助限定着丝粒——在细胞分裂过程中染色体上帮助分配它们的特化区域,CSR-1影响了细胞分裂。然而在这项研究中,研究人员发现在早期胚胎中CSR-1并没有控制着丝粒形成。相反他们发现CSR-1对于构建纺锤体至关重要。纺锤体是单细胞分裂为两个子细胞时负责分配染色体的细胞机器
纺锤体是由称作为微管的小蛋白绳索构成。纺锤体微管连接到染色体的着丝粒区域,帮助将染色体分开。当研究人员从细胞中除去CSR-1酶时,他们看到了纺锤体缺陷。他们追查这一缺陷至分解微管的另一种酶生成过量。
这一研究发现促使研究人员更仔细查看了CSR-1和相关小分子RNAs在“微调”卵成分中所起的作用。他们发现小分子RNAs引导CSR-1靶向了随后切割的信使RNA。这一信使RNA携带着编码帮助构建卵子的蛋白质的遗传指令。通过改变结合CSR-1酶的小分子RNAs数量,卵子可以精确调节物质成分以支持胚胎发育。
尽管CSR-1只存在于线虫中,小鼠也利用了Argonaute蛋白和小分子RNAs控制它们的卵子成分。“由于卵子基因组必需保持未定型状态及能够生成生物体中不同组织类型的能力,卵子需要一种特殊的方法来控制储存物质的生成以支持胚胎发育。我们的研究表明,这是由一个小分子RNA- Argonaute系统来完成,”论文的第一作者、Desai实验室博士后研究生Adina Gerson-Gurwitz说。
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小分子RNA指的是一类长度在20~30nt的RNA分子,几乎存在于所有的生物体中。小分子 RNA包括:miRNA、ncRNA、siRNA、snoRNA、piRNA、rasiRNA等等。小分子RNA能够调控基因的表达,在细胞的生长、发育、代谢等基础生物学过程中扮演着重要的角色,甚至在癌症等相关疾病形成过程中起着关键的作用。
小分子RNA介导的转录后基因调控是一种新型的基因调控机制。来自中国医学科学院、清华大学的研究人员在新研究中证实,在拟南芥中cma33 / XCT通过调节Dicer-Like(DCL)基因的转录调控了小RNA(sRNA)的生成。这一研究发现发表在2015年8月的Molecular Plant杂志上(戚益军教授Cell子刊发布小RNA研究新发现 )。

2016年2月来自东京大学的一个研究小组鉴别出了一种叫做“Trimmer”酶,其参与生成了保护生殖细胞基因组免遭不必要遗传重写的一类小RNA。东京大学分子与细胞生物科学研究所的助理研究员Natsuko Izumi和教授Yukihide Tomari及同事们,鉴别出了从前未知的一种核糖核酸酶是蚕卵巢细胞中的修剪蛋白“Trimmer”。他们的数据显示,Trimmer并非单独行动,还需要一种PIWI相关蛋白:Papi一起来修剪pre-piRNAs的末端。并且,他们证实修剪pre-piRNAs对于piRNAs功能极为重要,并有可能发生在线粒体的表面(Cell发布piRNA重要发现 )。
一些人类饥荒和动物研究的证据表明,饥饿可以影响挨饿个体后代的健康。但人们却一直并不清楚这样的一种获得性性状是如何从一代向下一代传递的。一项线虫新研究证实,饥饿可以诱导一些小RNAs发生特异性的改变,这些改变至少可以遗传三代,且这似乎没有任何DNA的参与。相关论文发表在2014年7月的Cell杂志上(Cell:三代相传的小RNAs )。

 

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