科学家发现新的RNA降解机制

　　2016年10月15日讯 在任何时候，一个生物体中的全部RNA分子，都是一段微妙的舞蹈所产生的产物。基因必须是“打开”或表达的，以便于把DNA转化为RNA，然后RNA被转化成蛋白质，才能完成一个生物体的生理需求。但是，同样重要的是，那些RNA转录本一旦不再需要就必须被清除。

　　最近，宾夕法尼亚大学的研究人员对于后面这个过程提出了一种新的见解，他们确定了一种新的RNA分子降解机制。由宾夕法尼亚大学生物系副教授Brian D. Gregory博士及该系博士后Xiang Yu带领的这项研究，提供了第一个证据表明，在植物中，RNA降解可能与RNA翻译发生在同一个空间和同一时间内。鉴于在酵母中确定了类似的过程，宾大的这项研究表明，这可能是一个进化上保守的过程。相关研究结果发表在10月7日的国际著名植物学期刊《Plant Cell》。

　　Gregory说：“在我看来，RNA降解是基因调控一个被忽视的方面。关键在于，它就像基因表达一样的重要。我们这项研究的结果表明，RNA降解的发生并不一定是与RNA翻译分开的。我们看到，当核糖体向下移动转录本的长度时，一定比例的RNA也正在降解。它与翻译是共同发生的。”Gregory和Yu与共同第一作者、其他实验室成员Matthew R. Willmann、Stephen J. Anderson，完成了这项研究。

　　在这项研究之前，科学家们意识到，信使RNA可以通过两种方式降解，一种方式开始于一段RNA转录本的起始或5-prime端，另一种方式开始于终点或3-prime端。在这两种情况下的降解主要发生在细胞质中。

　　最近在酵母中的研究确定了一种RNA降解途径，打破了这个模式，其发生在RNA转录本仍然附着于一个核糖体上时--负责将RNA翻译成为蛋白质的分子机械。

　　Gregory的实验室专注于植物中的RNA调控，他们想探讨研究人员在酵母中观察到的过程是否也存在于植物中。为此，该团队使用了Gregory作博士后期间开发的一种技术，称为genome-wide mapping of uncapped and cleaved transcripts（GMUCT），该技术只能确定裂解的或处于降解过程中的RNA分子。通过检测拟南芥的花芽RNA，他们进行了GMUCT，通过寻找酵母研究人员曾经看到的相同信号--发生在信使RNA终止密码子（RNA翻译在那里终止）的上游16到17核苷酸的一个裂解事件，他们从可能被microRNA控制的其他过程裂解的转录本中，整理出了与翻译共同降解的转录本。这个位置与翻译终止过程中被转录本覆盖的一个核糖体上的5-prime边缘相一致。

　　Yu说：“我们看到，在植物中降解的RNA与核糖体有关，就像它在酵母中一样。许多分子事件被耦合在一起。例如，基因转录与剪接结合。因此，这是一种耦合的另一个例子，其中两个分子事件在空间和时间上联系在了一起。”

　　为了进一步探讨这一耦合事件，研究人员询问了GMUCT的结果，寻找核糖体在降解/翻译过程中终止下来的例子。他们发现，核糖体终止了，特别是在终止密码子区，而让他们惊讶的是，他们发现编码终止密码子的三个不同序列之间存在差异。

　　Gregory说“到现在为止，每个人都认为，你使用哪个密码子并不重要，因为它们都做同样的事情。但从我们的数据来看，似乎核糖体和转录物之间相互作用的动力学，对于每种类型的终止密码子来说是不同的，或可能存在与每个终止密码子相关的一个不同的蛋白复合物。”研究人员说，这些结果可能表明，翻译效率可能是由“这三个终止密码子中哪一个是存在的”所调节的。

　　他们的研究结果也发现了RNA转录本的非翻译区域中有一个调控区域的迹象，该区域称为上游开放阅读框，或uORFs。Gregory说：“在这些活跃的上游开放阅读框中，很多以一种组织特异性和发育特异性的方式，调节下游的开放阅读框，所以我们可以用我们的方法来弄清，无论你分析什么组织时有哪些是活跃的。”

　　研究人员用突变植株进行了实验，以了解参与共翻译RNA降解的分子因素。他们发现了XRN4--这种酶已知可催化RNA的降解，和ABH1--核mRNA帽结合复合物的一部分，它参与许多生物学过程（包括信使RNA的稳定性和剪接，以及蛋白质翻译的起始）。他们的研究结果表明，这一过程可能对于调节应激反应（如温度）相关的基因，是特别重要的。

　　Gregory说：“这个过程看起来就像是一种非常有效的方法，来摆脱你需要去掉的转录本，以便于有一个适当的应激反应。”Yu说：“很显然，与一些经典的、已知的降解途径相比，共翻译的降解将是一个更有效、更快的过程。”

　　因为研究人员发现，microRNA介导的翻译抑制所调节的转录本，更可能发生共翻译的降解，他们想象能有一种模型，可能负责将靶转录本引导到共翻译降解的过程中，甚至使它们穿梭于这个过程。

　　为了跟进他们的发现，Gregory的小组将进一步探讨：他们观察到的过程、共翻译降解和他们基于不同终止密码子观察到的不同相互作用，是否是组织特异性的过程，即，它们是否出现在花蕾以外的其他植物组织。他们还想探讨这个过程是否延伸到了酵母和拟南芥这些物种之外，甚至可能延伸至人类。