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Nature:可编码的“垃圾”RNA

标签:RNA 基因调控
摘要 : 在植物和动物中,microRNAs(miRNAs)调控了许多不同基因的表达。这样的调控在许多过程包括经历不同发育阶段的转变以及对环境压力的响应中都起着关键的作用。miRNAs是由酶切割前体转录物初级miRNAs (pri-miRs)而生成,直到现在人们都认为pri-miRs不编码任何的蛋白质。

 

在植物和动物中,microRNAs(miRNAs)调控了许多不同基因的表达。这样的调控在许多过程包括经历不同发育阶段的转变以及对环境压力的响应中都起着关键的作用。miRNAs是由酶切割前体转录物初级miRNAs (pri-miRs)而生成,直到现在人们都认为pri-miRs不编码任何的蛋白质。

现在,来自法国的研究人员提供了令人信服的反面证据。他们发现一些pri-miRs编码了促进它们的miRNAs生成的肽。这是第一份研究报道证实一个pri-miR编码了一种功能肽,由此从全新的视角认识了pri-miR区域除直接生成miRNAs之外的重要功能。相关论文发表在325日的《自然》(Nature)杂志上。

在上世纪70年代,人们开始清楚地认识到编码蛋白质的基因组区域(基因)遨游在非蛋白质编码序列的大海之中,遗传学家Susumu Ohno提出的“垃圾DNA”的概念成为了一个热门话题。尽管现在生物学家们已清楚地知道了内含子(基因内部分离编码区域外显子的序列)以及它们显著的调控作用。垃圾DNA这一术语仍然继续存在,被用来泛指基因间的一些序列,以表明它们并不重要。

有关非蛋白质编码DNA序列有用性的争论还在持续。基因组中这些基因间隔区内的序列生成了大多数植物和许多动物的pri-miRs。显然,这些序列并非没有用处。但不生成miRNA或高度结构化相邻序列的一些pri-miR区域仍遭受着相似的命运:它们很大程度上被忽视,或者被视作是缺乏功能的垃圾RNA

植物和动物的pri-miRs都是由细胞核中的DNA通过RNA聚合酶II转录而成。这一转录物中包围着miRNA序列的结构化(折叠)区域被动物的Drosha或植物的Dicer-like1识别进行加工处理。接下来,转运蛋白将剪切序列运输到细胞质,在那里进行进一步的加工,才能够引导RNA诱导沉默复合体(RISC)通过切割或是在翻译水平上阻遏mRNAs来抑制靶基因。

人们普遍认为,pri-miR折叠区域上下游序列会在miRNA切除后快速地降解。然而在新研究中,Dominique Lauressergues和同事们在两种植物物种的许多不同pri-miRs中鉴别出了一些开放阅读框(ORFs)。其中有5ORFs他们预测出了对应的氨基酸序列。随后研究人员合成了相应的肽,生成了特异的抗体。利用这些抗体,作者们证实了在植物中这些ORFs被自然地翻译成了称之为miPEPs的肽。

这些miPEPs与它们相关的成熟miRNAs呈现相同的组织分布,提高了这些miRNAs的表达和效应。研究人员证实这些miPEPs促进了对应pri-miR的转录,而非提高了miRNA的稳定性。

所发现的7miPEPs均显示与在所有开花植物中保守存在的古老miRNAs家族相关。看起来有待发现的miPEPs有可能会在古老的miRNA家族中更加普遍。并且似乎一些miPEPs也有可能编码在某些动物pri-miRs中。此外,Lauressergues还确定了发现的7miPEPs中有5个编码在长度小于100个核苷酸的ORFs中。

新研究发现揭示出了至少部分pri-miR非折叠序列的一种意外功能,由此阐明了基因调控的一个新层次。

原文标题:Primary transcripts of microRNAs encode regulatory peptides

原文摘要:MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory RNA molecules that inhibit the expression of specific target genes by binding to and cleaving their messenger RNAs or otherwise inhibiting their translation into proteins1. miRNAs are transcribed as much larger primary transcripts (pri-miRNAs), the function of which is not fully understood. Here we show that plant pri-miRNAs contain short open reading frame sequences that encode regulatory peptides. The pri-miR171b of Medicago truncatula and the pri-miR165a of Arabidopsis thaliana produce peptides, which we term miPEP171b and miPEP165a, respectively, that enhance the accumulation of their corresponding mature miRNAs, resulting in downregulation of target genes involved in root development. The mechanism of miRNA-encoded peptide (miPEP) action involves increasing transcription of the pri-miRNA. Five other pri-miRNAs of A. thaliana and M. truncatula encode active miPEPs, suggesting that miPEPs are widespread throughout the plant kingdom. Synthetic miPEP171b and miPEP165a peptides applied to plants specifically trigger the accumulation of miR171b and miR165a, leading to reduction of lateral root development and stimulation of main root growth, respectively, suggesting that miPEPs might have agronomical applications.

来源: Nature 浏览次数:0

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