【IBD】异染色质蛋白1是溃疡性结肠炎RNA剪接精确度不足的调节因子

导读

RNA剪接缺陷与人类疾病有关，但在炎症性肠病(IBD)中仍未得到很好的研究。在这里，我们报告了染色质和选择性剪接调节因子hp1γ在溃疡性结肠炎(UC)中的表达减少。因此，小鼠肠道上皮中HP1γ基因失活触发ibd样特征，包括炎症和生物失调。同时，我们发现它的功能丧失广泛地增加了剪接噪声，有利于在许多具有肠道生物学功能的基因上使用隐蔽的剪接位点。这导致孕激素的产生，这是一种有毒的Prelamin A mRNA剪接变体，导致Hutchinson-Gilford Progeria综合征的过早衰老。在UC患者中，与炎症相关的剪接噪声也被广泛检测到，孕激素转录本在结肠粘膜中积累。我们认为，监测HP1RNA活性和γ剪接精确度可以帮助管理IBD，更广泛地说，加速衰老。

论文ID

题目：The Heterochromatin protein 1 is a regulator in RNA splicing precision deficient in ulcerative colitis

译名：异染色质蛋白1是溃疡性结肠炎RNA剪接精确度不足的调节因子

期刊：Nature Communications                              

IF：17.694

发表时间：2022.11.18

通讯作者单位:巴黎城市大学

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34556-3

主要内容

炎症性肠病(IBD)，包括溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)，是一种慢性炎症性肠道疾病，其特征是炎症失控导致肠道损伤。虽然已经确定了易感基因位点，但遗传因素只占疾病总变异的一部分，这表明在疾病的发展过程中需要更好地探索基因和环境之间的相互作用。表观遗传学捕捉环境压力并将其转化为特定的基因表达模式，促使我们探索染色质去调控在IBD发病机制中的作用。在早期的一项研究中，我们已经确定异染色质蛋白1γ(hp1γ)是肠道细菌反应中炎症基因的调节因子。Hp1家族的成员，在小鼠和人中也包括hp1α和hp1β，是H3K9me2/3组蛋白修饰的读者。它们在异染色质的形成和维持中起关键作用，从而参与转录基因沉默。与此同时，正如在多个物种和哺乳动物中所描述的那样，HP1蛋白质显示了RNA结合活性，体外研究表明，HP1γ与前信使RNA5的内含子重复基序结合，以促进协同转录的pre-mRNA加工和选择性剪接。本研究表明，在肠道上皮细胞中，hp1 γ介导的转录和RNA代谢调节是肠道稳态所必需的，对理解IBD很重要。

上皮细胞中Cbx3的失活会导致肠道动态平衡的破坏

虽然RNA代谢在神经退行性疾病、心脏疾病和早衰疾病中的作用已被广泛描述，但在肠道疾病中很大程度上还没有被探索。本工作将HP1RNA定义为一种蛋白质，用于保护肠道上皮细胞的γ剪接准确性，限制自然发生的非规范剪接事件的影响。非规范剪接活动常被称为“剪接噪声”。虽然在非哺乳动物动物模型中，噪声剪接可能促进mRNA剪接变体的多样性，具有可能的生理功能，但其在哺乳动物中的意义仍不清楚。在后者中，普遍存在的错误剪接活动可能是基因组进化的驱动力，但它也与人类病理有关，包括癌症和涉及非规范剪接位点全球激活的神经发生疾病。只有少数RNA结合蛋白，包括Rbm17，hnRNP和TP43，被证明在全球范围内抑制了隐蔽剪接。根据目前的研究，HP1现在可以被添加到这个列表中，在肠道上皮中发挥基础作用。HP1HGPS缺失对剪接的影响足以诱导孕激素的产生，在没有γ突变的情况下，孕激素是LmNA基因的一种正常抑制的剪接变体。更广泛地说，Hp1γ失活对剪接的影响是通过剪接精度的明显普遍降低来解释的。RNA-SEQ数据证明了这一点，在这些数据中，在未注释的剪接连接处以及供体或受体共识序列非常差的位置上，连接读数越来越多地被检测到。通过半定量PCR也可以观察到这种效果，在突变小鼠中产生了一套复杂的产品，引物从野生型组织中产生了单一物种。虽然剪接位点选择的严格性降低可能有多种原因，包括转录和剪接之间可能的解偶联，但我们注意到，我们对HP1γ分子伙伴的蛋白质组学方法检测到了许多剪接因素，确保了仅使用真正的剪接位点。这些包括主要(依赖于u2的)剪接体的组成部分，以及剪接体识别一致序列所必需的辅助剪接因子。通过对其中一些剪接因子的敲除数据进行研究，我们发现它们的失活导致了与Cbx3失活时观察到的剪接噪声类似。检测到的剪接因子包括富含Ser/ arg的SRSF5，它通过将剪接导向纤层蛋白A 5 ' s的利用而减少了progerin的产生;PPL1，一种肽基脯氨酸异构酶样剪接体成分，它的失活会导致剪接改变，并异常使用弱剪接位点;ZC3H13，一种锌指蛋白，调节RNA n6 -甲基腺苷的水平，这种修饰涉及RNA代谢的各个方面，包括RNA拼接。

因此，我们提出了一个模型，在该模型中，hp1γ通过有利于招募到参与剪接决定精确度的蛋白质的染色质模板来减少剪接噪声。Hp1γ对剪接辅助调控因子的依赖也可以通过其对剪接的区域性影响来说明，这可能是每种组织或细胞类型中可用的剪接调控因子的函数。特别是，我们注意到孕激素沿隐窝-绒毛轴的表达梯度，省略了ISC间隔区。后者表明剪接的调节可能与细胞发育状态有关，这一观点进一步得到了HGPS-IPSCs模型的支持，在该模型中，只有在细胞承诺时才能观察到孕激素。虽然我们的数据主要指出hp1γ通过剪接体募集的影响，但也可以考虑hp1γ参与缺陷剪接产物的降解，这表明酵母hp1同源物在护送着着丝粒周围的转录本到rna衰退机制中。

Hp1γ控制小肠上皮细胞的增殖和成熟

在HP1的作用与剪接相关之前，该蛋白主要作为异染色质依赖的沉默的中介，在重复的DNA序列(包括rDNA座位)和基因启动子的子集上抑制转录。我们在小鼠肠道中对HP1γ的失活清楚地表明，HP1依赖的转录抑制对于肠道的生物学是必不可少的，参与沉默控制增殖和炎症的基因。这些实验还揭示了hp1γ在rDNA基因座上的作用，在上皮细胞成熟过程中抑制核糖体基因。然而，与以前在肠道中H3K9甲基转移酶SetDB1失活或肝脏中Hp1α、Hp1β和Hp1γ三重敲除时观察到的不同，Hp1γ的失活并不影响内源性逆转录病毒的沉默，通常通过散布的异染色质结构进行控制。同样，在Hp1γ失活后，染色质中心的整体组织被保留下来。然而，在这一点上，不能排除Hp1γ缺乏对异染色质结构完整性的影响而不会导致异染色质状态整体丧失的可能性。

溃疡性结肠炎患者非典型剪接活性的研究

总结

总之，我们的观察说明了hp1γ的稳态功能，它参与了常染色质和异染色质的基本活动。之前描述的HP1在整个物种的组织寿命中的作用可能在很大程度上植根于这种多价。虽然目前还没有明确的人类疾病与HP1基因突变有关，但有报道称，在包括Werner综合征和HGPS在内的加速衰老综合征中，HP1表达减少。我们同样发现，在UC患者和与这种疾病相关的小鼠模型中，HP1的表达显著减少。从我们的Cbx3KO小鼠模型中，我们得出结论，Hp1γ缺陷可能支持在关键的体内平衡基因上滋养炎症和剪接缺陷的异常途径。同样，在UC组织中检测到的孕激素的增加促使我们推测，与我们在Cbx3 KO小鼠中观察到的情况一样，lamin A剪接变体只是“冰山一角”，表明UC患者在RNA剪接精度方面存在更广泛的干扰，并且Protect UC患者队列清楚地说明了这一点。在肠道疾病方面，依赖于RNA剪接功能障碍的机制的确定应该会改变我们对IBD患者肠道上皮功能下降的理解。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34556-3

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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