Science Advances | 新加坡国立大学俞皓/申莉莎合作团队揭示RNA结合蛋白的相分离调控拟南芥开花的完整机制

2022/7/29 14:29:55　阅读：695　发布者：

转录后调控是真核生物中调控基因表达不可或缺的机制。一般新生的pre-mRNA转录本在转录过程中或转录之后需经历严格调控的RNA加工（包括加帽、剪接、修饰和多腺苷酸化等），在形成成熟mRNA后输出至细胞质进行翻译。而所有的RNA加工过程均由相关的RNA结合蛋白（RBPs）介导，以异质性胞核核糖核蛋白（hnRNPs）为代表的RBPs大家族几乎影响mRNA代谢的各个方面，进而在真核生物发育和细胞过程中发挥重要调控功能。在拟南芥中，RBPs已被证实可通过调节开花抑制基因FLOWERING LOCUS C (FLC)转录本的剪接和表达来影响成花转变。单分子RNA荧光原位杂交（FISH）分析揭示了FLC pre-mRNA经历共转录剪接（Cotranscriptional splicing，指通常大部分内含子的剪接会伴随基因转录进行）。尽管目前在RBPs对FLC表达的影响方面取得了诸多进展，但FLC位点共转录剪接的具体机制尚不明确。

越来越多的证据表明，多种RNA加工过程发生在富含RBP的凝聚体中，它们是通过RNA和RBPs或RBPs的内在无序区（IDRs）之间的多价相互作用驱动的相分离而形成的。蛋白凝聚体的形成已被证实介导植物多个生物学过程，如植物激素信号转导、开花、叶绿体内货物分选、热敏响应、植物免疫和microRNA加工。值得注意的是，由FLX-LIKE2(FLL2)促进的开花调控因子FLOWERING CONTROL LOCUS A（FCA）的液-液相分离（LLPS）对于FCA调节反义FLC转录本的选择性多腺苷酸化至关重要。

尽管到迄今为止已在拟南芥中鉴定出800多个RBPs，但它们的生物学功能在很大程度上仍是未知的。2022年6月22日，Science Advances在线发表了新加坡国立大学生物科学系/淡马锡生命科学研究院俞皓教授和申莉莎研究员为共同通讯作者的题为“Phase separation of HRLP regulates flowering time in Arabidopsis”的研究论文，该研究报道了一个之前未被鉴定的RNA结合蛋白hnRNP R-LIKE PROTEIN（HRLP），由其凝聚体介导的FLC共转录剪接可下调FLC转录水平，从而在适宜条件下促进拟南芥开花。

功能鉴定和表达检测结果表明，HRLP促进拟南芥开花，其在发育期幼苗中高表达，且核内定位的HRLP发挥主要功能。野生型和hrlp-2幼苗的RNA高通量测序结合遗传验证得知，HRLP主要通过下调FLC转录来促进开花。剪接效率以及新生的FLC转录本丰度分析显示，HRLP同时抑制FLC剪接和转录。而作用途径为HRLP直接与FLC RNA结合。进一步对核内HRLP的分布模式进行观察发现，HRLP蛋白在体内通过LLPS形成具有类似液体性质的核小体，且在体外同样经历相分离，这对于其调节FLC剪接和转录水平的功能至关重要。为揭示HRLP凝聚体中潜在的互作蛋白，共免疫沉淀（CoIP）结合液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析及验证结果表明，HRLP与剪接因子ARGININE/SERINE-RICH 45（SR45）在核小体内互作，两者以蛋白复合物形式调控开花。HRLP和SR45抑制FLC的剪接和转录，这与其内含子I附近区域的R-loop形成和RNA聚合酶II（PolII）募集的减少有关。以上研究表明，通过核HRLP凝聚体抑制FLC的共转录剪接是下调FLC转录水平以确保拟南芥正常生殖生长的分子基础。。