果蝇Trf4-1介导mRNA/miRNA的转录调控及机制研究

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从酵母、植物、果蝇到哺乳动物,报道的Trf均为多聚腺苷化聚合酶或末端转移酶(PAP/TNTase),可以对细胞内的RNA进行末端修饰,一般是尿苷化或腺苷化修饰。一般的PAP/TNTase可以调节mRNA,pre-mi RNA和mi RNA以及细胞核内sn RNA。多聚寡聚核苷酸化(poly-Oligonucleotion)的修饰往往会导致被修饰RNA的降解,通常会募集相关的3’-5’外切核酸酶,如SDN1、Dis3l2和RRP6。相关RNA的单核苷酸化则被报道可以修饰缺失1nt的特殊结构RNA,如pre-mi RNA和mi RNA,它们3’端一般只有满足2nt的突出(3’2nt overhang)才会行使其正常功能。Trf首先是在酵母里鉴定的,除了报道的PAP/TNTase功能外,较早的研究中还发掘了其他功能。首先,Trf4可以在酵母减数分裂中介导染色质浓缩、纺锤体延伸和细胞核分离缺陷。其次,Trf4和Trf5与染色体相关联,其在体外表现有DNA聚合酶(DNA聚合酶σ)活性。再者,酵母中的Trf4缺陷型变现出由R loop介导转录依赖的超重组表型(hyperrecombination phenotype),但是转录似乎没有受到影响。果蝇Trf4-1是根据酵母Trf4同源比对鉴定的,其在体外的反应中可以介导poly(A)反应,而其同源蛋白Trf4-2则没有。Trf4-1首先被确定定位在细胞核内,多聚腺苷酸化核内小RNA(sn RNA)并通过与RRP6直接作用降解之。另一课题组推断Trf4-1是位于细胞质内的,可以促进胞质内mRNA的降解。这两项结果归结在一起表明Trf4-1可能既位于细胞核中也位于细胞质中。Trf4-1在细胞质中不同位置的功能均与其PAP/TNT功能相关。在我们的研究中,敲低Trf4-1后相关基因mRNA水平是下调的。Trf4-1对mRNA的正调控结果表明其可能采取不同的机制保护mRNA。通过GRO(global running on)实验表明,Trf4-1可以正调控新生成RNA链(nascent RNA)。SAIA突变体依然可以行使同样的功能,表明PAP/TNT活性结构域对mRNA的正调控无影响。过表达SAIA突变体也可以上调mRNA水平。综上结果表明Trf4-1对mRNA的正调控是不依赖于其PAP/TNT活性的,正调控的Trf4-1可能作用于mRNA的转录。Pri-mi RNA的初级产物与mRNA具有相似的结构并且也是由pol Ⅱ转录得到。实验发现,Trf4-1可以在Drosha切割的上游作用于pri-mi RNA并且正调控pri-mi RNA的表达水平。Trf4-1敲低后primi RNA下调进而降低了成熟的mi RNA的合成,导致成熟的mi RNA表达下调。转录组测序和小RNA测序结果表明,Trf4-1可以较为广谱地调节mRNA和pri-mi RNA转录。Trf4-1可以间接作用于转录核心蛋白pol Ⅱ,影响其在染色质各个区域的前进,导致pol Ⅱ在各区域的异常积累。pol Ⅱ的异常积累会引发pol Ⅱ在各个区域被劫持从而影响pol Ⅱ的流转(turn over)。此外,Trf4-1的敲低还降低了启动子区域H3K4me3的水平。但是免疫印迹结果却表明Trf4-1不会直接影响相关蛋白的稳定性。HA-Trf4-1-Ch IP结果也没有检测到其与染色质的直接相互作用。免疫共沉淀质谱结果分析,发现Trf4-1可以与转录相关蛋白、核定位蛋白以及核糖体蛋白相关联,尤其是组蛋白H2A.V。哺乳动物细胞中同源蛋白PAPD5也可以介导mRNA的转录并且其免疫沉淀质谱结果也得到了同Trf4-1类似的结果。综上结果表明,Trf4-1确实可以调节mRNA和pri-mi RNA的转录,且主要通过影响pol Ⅱ蛋白和相关组蛋白的功能。
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