来自 生物 2019-09-25 23:38 的文章
当前位置: 美高梅在线网址 > 生物 > 正文

rrentBiology新蛋白调控减数分裂细胞核产生用于清

  原标题:Current Biology 新蛋白调控减数分裂细胞核产生用于清除转座子的非编码RNA

  转座子是遍布于真核生物基因组的一类可移动DNA。转座子在基因组中的移动(也称转座)能引起插入、缺失等突变,从而威胁基因组的完整性。若不受抑制的转座频繁地发生在生殖细胞中,轻则引起遗传疾病,重则影响配子发育,最终导致不育。

  为维持基因组完整性,真核生物具备一种由小非编码RNA(以下简称小RNA)介导的转座子沉默机制【1】。简而言之,以活跃、或者退化的转座子为模板转录产生的前体RNA能够被加工成小RNA,然后与Argonaute家族蛋白质(如Piwi)相结合,从而在转录或者转录后阶段对转座子进行沉默【2】。而对于四膜虫等其他纤毛虫原生动物而言,其小RNA指导完成转座子识别以后,细胞则以一种彻底的手段来对抗转座子——将它们从体细胞核中删除(图1)【3】!

  四膜虫是一种单细胞真核生物。它与我们熟知的草履虫是“近亲”,而与广泛使用的模式物种(如酵母、果蝇)、以及人类的亲缘关系很远。因此,利用四膜虫研究一些真核生物共有的生理过程,可以为认识这些过程的起源和进化规律提供启示。四膜虫细胞存在两个形态、功能不同的细胞核(图1)。其中生殖核是唯一能进行减数分裂的细胞核,其染色体高度异染色质化,仅在减数分裂的短暂时期存在转录活性。因此,存在于生殖核基因组中的大量转座子通常处于转录沉默状态。而细胞内另一体细胞核则具有持续的转录活性。它由生殖核发育而来,在此过程中,来源于生殖核的转座子会被小RNA识别并清除(图1)。因此,几乎没有转座子的体细胞核可以“无所顾忌”地进行转录,产生指导蛋白质合成的mRNA。

  用于转座子识别的非编码RNA产生于四膜虫生殖核进行减数分裂的时期,并且偏好性地产生自转座子聚集的亚端粒、近着丝粒区域(图2)。这些区域类似于果蝇等物种的piRNA 簇。这些区域内DNA的正负链均被作为模板产生双链RNA,随后这些RNA被进一步切割形成仅由28 – 30个核苷酸组成的小RNA。这些小RNA被运送至发育中的后代体细胞核以后,可以通过碱基互补配对的方式识别、并指导清除来源于亲代生殖核的转座子【4】。

  虽然这一小RNA指导的转座子清除机制已被深入研究,但一些重要的问题却长久以来未能得到解决。比如:通常转录沉默、异染色质化的生殖核何以能在减数分裂期间转录产生非编码RNA?转录如何得以特异性地发生在转座子富集的区域?

  首先,作者发现这三个新蛋白(Emit1、Emit2、Rib1)中任何蛋白的缺失,都导致指导转座子清除的小RNA不能生成,而缺失了这些因子的四膜虫也不能正常完成有性生殖,并最终死亡。随后,作者发现Emit1或Emit2缺失细胞中的生殖核丧失了转录活性,因此不能产生小RNA;而Rib1缺失细胞的生殖核虽然具有转录活性,但转录产物未形成双链RNA,因而也不能被进一步加工生成小RNA。通过进一步实验,作者发现这三个新蛋白均在减数分裂期间结合于中介体复合物。该复合物对于调控转录起始等过程具有重要作用。作者发现,通常情况下中介体复合物仅存在于持续转录的体细胞核中;而在减数分裂过程中,才存在于转录活化的生殖核中,且偏好性地分布在转座子聚集的亚端粒、近着丝粒区域(图3)。

  作者接着考察了三个新蛋白分别缺失后,对于中介体复合物的影响。他们发现:Emit1或者Emit2的缺失会导致中介体复合物丧失在生殖细胞核中的定位能力;而Rib1缺失后,中介体复合物仍能存在于生殖核中,但是丧失了在亚端粒、近着丝粒区域的偏好性分布。因此,作者推测Emit1和Emit2是中介体复合物定位于生殖核所必须的,因此这两个因子缺失后生殖核也丧失了转录活性。

  通过总结一系列上述及后续实验的结果,作者从宏观层面提出了四膜虫生殖核转录调控机制:在减数分裂前期,Emit2一方面与Emit1协同作用,使得中介体复合物得以存在于生殖核,从而激活转录;Emit2另一方面协助Rib1与生殖核染色体结合,而后Rib1以未知的机制指导Emit1、Emit2、中介体复合物偏好性地聚集在转座子富集的亚端粒、近着丝粒区域,继而转录产生能够识别转座子的非编码RNA(图4)。

  这些发现一方面揭示了真核生物减数分裂细胞核内一种不寻常的非编码RNA转录激活和调控机制;另一方面也表明,通过改变中介体复合物结合蛋白来操控转录,是真核生物所具有的古老的转录调控机制;此外,发现这些能够在布满异染色质标志物(H3K27me3)的染色体上调控转录的新蛋白,也为进一步理解异染色质转录机制提供了线索。

https://www.fuchsiaknits.com/shengwu/192.html