NAR | 河北大学刘秀华/杨肖云/吴琛团队揭示ISG20L2介导18S核糖体RNA前体剪切的分子机制

核糖体生物合成是一个复杂且受到精密调控的重要生物学过程，与多种生命活动密切相关。异常的核糖体生物合成过程会导致多种遗传疾病和癌症的发生。目前，参与核糖体生物合成的剪切因子尚未完全鉴定。因此，迫切需要寻找新型关键剪切因子，挖掘该过程潜在的药物靶点，从而为核糖体相关疾病的治疗提供可靠的理论依据。核糖体生物合成过程包括核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）转录、rRNA前体（precursor ribosomal RNA，pre-rRNA）加工和核糖体亚基组装等过程。其中，pre-rRNA加工过程涉及众多蛋白质因子的参与。已有研究报道，干扰素刺激基因20样2蛋白（Interferon-stimulated gene 20 like 2，ISG20L2）作为核酸外切酶参与哺乳动物5.8S pre-RNA加工成熟。然而，尚不清楚ISG20L2是否介导其它核糖体前体rRNA的加工，其潜在的生物学效应和催化机理均有待阐明。

2023年12月28日，河北大学生命科学学院DNA损伤修复研究团队刘秀华教授，杨肖云研究助理教授及吴琛教授共同通讯在国际权威期刊Nucleic Acids Research（IF=14.9, 5-year IF=16.4, JCR一区）在线发表题为“Molecular mechanism of human ISG20L2 for the ITS1 cleavage in the processing of 18S precursor ribosomal RNA”的研究成果。该研究首次发现ISG20L2参与18S pre-rRNA成熟加工过程，并在分子水平上阐明了ISG20L2介导pre-RNA外切的催化反应机制。研究还揭示ISG20L2通过参与核糖体生物发生过程促进结肠癌细胞增殖。这些研究结果对于深入研究核糖体前体RNA加工过程具有重要的科学意义，同时也为核糖体相关疾病的药物开发提供理论依据与结构基础。

本研究通过基因敲除、Northern blot及多聚核糖体分析等方法揭示了ISG20L2在18S pre-RNA的ITS1区段剪切加工过程中发挥重要作用。通过其核酸外切酶活性促进18S pre-RNA成熟。同时，研究还发现ISG20L2与其它蛋白质因子PARN、NOB1和DIS3共同参与18S 和5.8S pre-RNAs的加工成熟。这些发现揭示了真核生物对pre-RNA加工过程具有复杂而巧妙的调控机制，从而确保核糖体RNA加工途径的正常进行。此外，本研究进一步使用X-射线晶体学和生物化学等研究手段分析ISG20L2的催化特征并揭示其对底物的识别和催化机制。

考虑到核糖体生物发生与癌症进展密切相关，本研究通过分析TCGA数据库发现，ISG20L2在包括结肠癌在内的多种癌症中表达上调。进一步以结肠癌细胞为研究对象，发现在不同结肠癌细胞系中，ISG20L2均呈现异常的高表达水平。通过在结肠癌细胞中敲低ISG20L2，发现p53和p21的表达水平升高。细胞增殖和克隆形成实验进一步证明ISG20L2促进结肠癌细胞增殖依赖其核酸酶活性。这些研究结果表明ISG20L2作为新发现的18S pre-rRNA成熟因子，在未来开发针对核糖体相关疾病的治疗策略和药物方面具有重要的理论和实践意义。同时，这些发现也为我们深入了解核糖体生物合成过程提供了重要的科学依据。

文章模式图 （图源自Nucleic Acids Research ）

河北大学生命科学学院博士研究生马银良和王佳旭为本文的共同第一作者。上海同步辐射光源为该研究相关数据收集提供了大力帮助和支持。河北大学生命科学学院闫珍珍研究员、附属医院安博然主治医师、硕士研究生贺兴意、刘宇航、甄硕、安利娜、杨茜、牛富敏、王宏、本科生台欣悦参与了该研究。河北大学生命科学学院DNA损伤修复研究团队刘秀华教授及吴琛教授、南方科技大学生命科学学院研究助理教授杨肖云为本文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、河北省教育厅、河北省自然科学基金委员会和河北大学的经费支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/nar/gkad1210

转自：“iNature”微信公众号

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