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Cell | 陈建军/苏瑞/夏强团队合作揭示QKI蛋白对mRNA代谢的调控机制

2023/7/4 14:23:22  阅读:39 发布者:

N7-甲基鸟苷(m7G )修饰通常发生在mRNA 5 '帽或tRNA / rRNAs中,也存在于信使RNA (mRNA)内部。尽管m7G-capmRNA前加工和蛋白质合成至关重要,但mRNA内部m7G修饰的确切作用尚不清楚。

2023627日,美国希望之城国家医疗中心贝克曼研究所陈建军、苏瑞及上海交通大学夏强共同通讯(赵之聪、卿莹和董磊为该研究的共同第一作者)在Cell 在线发表了题为“QKI shuttles internal m7G-modified transcripts into stress granules and modulates mRNA metabolism”的研究论文,该研究报道了m7G内部的mRNAQuaking protein (QKIs)选择性识别。通过转录组分析/绘制内部m7G甲基组和QKI结合位点,该研究确定了1000多个具有保守的“GANGAN (N = a /C/U/G)”基序的高置信度m7G修饰和QKI结合的mRNA靶标。

引人注目的是,QKI7(通过C)与应激颗粒(SG)核心蛋白G3BP1相互作用,并将内部m7G 修饰的转录物转运到SGs中,以调节mRNA在应激条件下的稳定性和翻译。具体来说,QKI7降低了Hippo信号通路中必需基因的翻译效率,从而使癌细胞对化疗敏感。总的来说,该研究将QKIs描述为mRNA内部m7G结合蛋白,可调节靶mRNA代谢和细胞耐药性。

DNA和组蛋白类似,真核RNA也有各种化学修饰,称为表转录组学。在几乎所有类型的细胞RNA中,已经发现了170多种化学修饰,包括mRNA、转移RNA (tRNAs)、核糖体RNA (RNAs)和小核RNA (snRNA)。在真核mRNA中,N6 -甲基腺苷(m6A )是最常见的内部修饰。m6A机制的表征揭示了其在正常发育和病理过程中决定mRNA命运的深刻作用。除了m6A, mRNA通常还含有m7G,这是另一种带正电的修饰,普遍位于mRNA5’末端。m7G-cap在转录起始阶段由RNA鸟嘌呤-7甲基转移酶催化,保护mRNA免于核外解衰变,并调节mRNA前剪接和mRNA翻译。同时,tRNArRNA也被大量m7G修饰。

甲基转移酶1-WD重复包含蛋白4 (METTL1-WDR4)复合物在人类tRNA环的46号位置(m7G46)沉积m7G标记,以稳定tRNA并调节翻译效率。tRNAMETTL1-WDR4介导的m7G也能减弱核糖体暂停,增强mRNA翻译,调节胚胎干细胞的自我更新和分化,促进肿瘤进展。人类18S rRNA 1639位的m7G标记(m7G1639)参与了18SrRNA加工和40S核糖体亚基成熟。此外,某些microRNA (miRNAs),如let-7e,在人类癌细胞中被METTL1甲基化,这对于miRNA成熟和二级结构维持至关重要。

越来越多的证据表明,m7G修饰也存在于mRNA内部,可以通过不同的方法检测到,包括酶处理与液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)m7G甲基化RNA免疫沉淀测序(MeRIP-seq),化学辅助m7G测序,m7G突变谱测序和m7G个体核苷酸分辨率交联和免疫沉淀测序(miCLIP-seq)。根据目前的数据,真核生物内部mRNAm7G/G水平在0.02% ~ 0.05%之间,占mRNA内部m6A/A比率的5% ~ 10%

高通量测序显示,在不同的人/小鼠组织和细胞系中,它在50种富含UTRGA的环境中富集。值得注意的是,一项无细胞RNA甲基化试验表明,METTL1-WDR4复合体可能负责在mRNA中内部安装m7G;然而,内部mRNA m7G修饰的生物学功能尚未被研究,主要是由于缺乏对介导其功能的特异性内部m7G结合蛋白(也称为“读取器”)的鉴定。因此,鉴定mRNA内部m7G修饰的特异性结合蛋白是至关重要的。

mRNA内部的m7G修饰可能是动态的,因为它的丰度和分布在mRNA之间受到胁迫条件的调节。应激颗粒(Stress granules, SGs)是一种细胞质无膜细胞器,在应激条件下组装,调节mRNA的储存、稳定性和翻译,可能与肿瘤发生和耐药有关。最近的研究表明,RNARNA结合蛋白(RBP)SGs的重要组成部分。结合m6A YTHDF蛋白将m6A 修饰的mRNA招募到SGs中,促进相分离和SG形成。尽管据报道,应激条件下m7G内部mRNAmRNA代谢中起重要作用,但应激是否会影响SGs内部m7G修饰mRNA的富集,以及如果影响,其生物学后果可能是什么,目前尚不清楚。

QKI蛋白通过识别内部mRNA m7G修饰,调节mRNA表达(图源自Cell

通过多种高通量测序方法和随后的验证,该研究发现Quaking蛋白(QKIs)优先识别内部mRNA m7G修饰。QKI属于具有K同源性(KH)结构域的RBP 中的STAR (signal transduction and activation of RNA metabolism) 家族。QKI基因编码以下三个主要亚型:QKI5QKI6QKI7。与之前的报道一致,该研究发现QKI6QKI7优先位于细胞质中,而QKI5主要位于细胞核中。在胁迫条件下,QKI6QKI7直接与SG核心蛋白G3BP1相互作用,在SGs内共定位,将数百个内部m7G 修饰的mRNA转运到SGs中,从而影响mRNA的稳定性和/或翻译效率。m7G修饰的mRNA富集于细胞质中,尤其是SGs。研究结果表明QKI耗竭通过m7G 依赖的方式消除了m7G 修饰的mRNASGs中的募集。此外,QKI7通过m7G依赖机制抑制Hippo信号通路,使癌细胞对化疗药物敏感。

原文链接:

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00598-6

转自:iNature”微信公众号

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