学术研究报告：动物mRNA中DNA转座子切除的RNA剪接系统

一、作者与发表信息
本研究由哈佛医学院遗传学系的Long-Wen Zhao、Christopher Nardone、Cindy Chang等团队主导，合作单位包括布莱根妇女医院遗传学部、霍华德·休斯医学研究所及哈佛医学院细胞生物学系。研究成果以《An RNA splicing system that excises DNA transposons from animal mRNAs》为题，于2026年1月8日发表于《Nature》第649卷。

二、学术背景
科学领域与背景知识
转座元件（Transposable Elements, TEs）是基因组中可移动的遗传片段，其插入基因或其邻近区域常导致基因功能破坏。尽管生物体已进化出表观遗传系统抑制TE的表达和复制，但TE仍占现有基因组的3%-80%，表明沉默系统并非绝对有效。DNA转座子是一类典型的TE，其两端具有反向末端重复序列（Inverted Terminal Repeats, ITRs）。此前研究发现，DNA转座子插入植物或动物基因后，虽可能引入提前终止密码子（Premature Stop Codons, PTCs），但宿主基因功能未必完全丧失，提示存在某种主动的RNA水平修复机制。

研究目的
本研究旨在揭示一种名为“SOS剪接”（SOS splicing）的新机制，该系统通过识别DNA转座子的ITR结构，将其从宿主mRNA中切除，从而保护基因功能。研究聚焦于线虫（*Caenorhabditis elegans*）和人类细胞，旨在阐明SOS剪接的分子机制、关键因子及其进化保守性。

三、研究流程与方法
1. SOS剪接的发现与验证
- 研究对象：线虫中携带Tc1转座子插入的基因（如*rsd-3*、*unc-22*等）及人类HEK293T细胞中设计的报告基因（如Tc1-GFP、hsmar2-GFP）。
- 方法：
- 纳米孔长读长测序：检测Tc1从宿主mRNA中的切除效率及剪接位点特征。结果显示，90%-100%的宿主mRNA中Tc1被高效切除，且剪接位点多位于ITR附近，仅少数符合经典剪接体的GU-AG位点。
- RT-PCR与电泳分析：验证Tc1在DNA中存在但在mRNA中被切除，确认剪接发生于RNA水平。

1. SOS剪接的分子机制解析

   • 关键因子筛选：通过遗传筛选，鉴定出线虫中三个必需基因——*akap-17*（编码RNA结合蛋白）、*caap-1*（桥接蛋白）和*sut-2*（RNA调控蛋白）。人类同源基因AKAP17A和CAAP1的功能通过CRISPR-Cas9敲除实验验证。
     
   • 相互作用验证：免疫共沉淀（Co-IP）结合质谱分析发现，CAAP1与RNA连接酶RTCB及AKAP17A形成复合物。分裂GFP系统证实三者相互作用发生于核斑点（nuclear speckles）。
     

2. RTCB的核心作用

   • 功能实验：在人类细胞中敲低RTCB或在线虫中突变其催化位点（C122A/H428A），均导致SOS剪接失效，证明RTCB负责连接TE切除后的mRNA片段。
     
   • 特异性验证：tRNA内切酶（TSEN2/34）或dsRNA内切酶（Dicer/Drosha）的突变不影响SOS剪接，提示TE切除由未知机制介导。
     

四、主要结果与逻辑关系
1. SOS剪接的普遍性：
- 在线虫中，Tc1、Tc3、Tc4三种DNA转座子均可被SOS剪接系统切除，但剪接效率与阅读框保留率因插入位点而异。例如，*tc3::unc-22*等位基因中仅2%的剪接产物保持正确阅读框，导致运动失调表型。
- 人类细胞中，Tc1和hsmar2转座子的ITR结构同样触发SOS剪接，但剪接位点分布模式存在差异（Tc1倾向于ITR内，hsmar2则偏向ITR远端）。

1. ITR的必要性与触发机制：

   • 删除ITR或破坏其反向配对能力（如替换为 scrambled ITR）显著降低剪接效率，表明ITR的dsRNA结构是SOS剪接的触发信号。
     

2. 进化保守性：

   • 线虫与人类细胞中，AKAP17A/RTCB/CAAP1的功能保守性提示SOS剪接是跨物种存在的基因保护机制。
     

五、结论与意义
1. 科学价值：
- 首次揭示了一种独立于剪接体的RNA剪接模式，扩展了对mRNA加工多样性的认知。
- 提出SOS剪接通过“遗传缓冲”机制，减轻TE插入对基因功能的破坏，为理解宿主与转座子的共进化提供新视角。

1. 应用潜力：
   
   • 针对ITR结构的操控可能用于基因治疗，例如修复由TE插入引起的遗传病。
     
   • 病毒基因组中的ITR或可成为SOS剪接的靶点，为抗病毒策略提供思路。
     

六、研究亮点
1. 创新性发现：
- 鉴定出首个由RNA结构（ITR dsRNA）直接触发的剪接系统。
- 揭示RTCB在非经典RNA连接中的新功能。

1. 方法学贡献：
   
   • 结合纳米孔测序与遗传筛选，高效解析低丰度剪接事件。
     
   • 开发Tripartite split-GFP系统可视化核内蛋白相互作用。
     

七、其他重要内容
研究发现，SOS剪接可能参与内源性基因调控。例如，线虫中部分非TE来源的反向重复序列（如假基因外显子或UTR区域）也可被AKAP-17依赖的SOS剪接切除，暗示该系统或具更广泛的RNA重塑功能。