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剪接体蛋白引导RNA甲基化以调控基因表达并沉默逆转座子

期刊:Nature CommunicationsDOI:10.1038/s41467-026-75362-5

Drisya Vijayakumari、Xander Gottfried、Brent Groubert 以及通讯作者 Shiv I. S. Grewal 等来自美国国立癌症研究院(National Cancer Institute, NIH)等机构的研究人员,于2026年在 Nature Communications 期刊上发表了一项题为“Spliceosomal proteins direct RNA methylation to modulate gene expression and silence retrotransposons”的研究。

该研究聚焦于RNA修饰调控基因表达与逆转座子沉默的分子机制。已有研究表明,RNA修饰在基因调控中至关重要,但酶如何靶向特定转录本仍不明确。在模式生物裂殖酵母中,RNA干扰(RNAi)通路依赖包含隐藏的内含子(cryptic introns)的转录本产生小干扰RNA(siRNA)以介导异染色质形成,且剪接体蛋白在此过程中不可或缺。同时,YTH家族RNA结合蛋白Mmi1通过识别DSR基序调控有性生殖基因的沉默,但其触发RNAi的机理未知。基于此,该研究旨在揭示剪接体和Mmi1如何招募下游效应器,以及RNA修饰如何影响这一过程。

研究团队首先设计了一项正向遗传学筛选,以寻找影响隐藏的内含子剪接的因子。他们将来自Tf2逆转座子的一个隐藏的内含子插入ura4报告基因,通过诱变筛选获得了22个在缺乏尿嘧啶培养基上生长的突变株。全基因组测序及回交验证将这些突变定位到三个高频突变基因:RNA甲基转移酶 Tgs1、与人类Coilin同源的 Mug174,以及一个被命名为 Eas1 的新蛋白。此外,还发现了剪接因子Luc7和Bpb1的突变,以及隐藏的内含子自身的分支点突变。这说明该隐藏的内含子含有次优分支点,导致剪接效率低下。

为验证候选因子间的相互作用,研究者进行了免疫共沉淀和质谱分析,证实Tgs1、Mug174和Eas1蛋白相互结合,形成了一个被命名为 TEAM(Tgs1-Eas1-Mug174)的复合体。此复合体的亚细胞定位彼此依赖,其稳定性也依赖于各组分的存在。质谱分析还鉴定出TEAM与包括Sm蛋白、核心剪接体组分(如Cwf10和Prp5)以及Mmi1蛋白在内的多种因子存在关联,揭示了TEAM与剪接机器及Mmi1调控网络的连接。

在机制探索中,研究首先证实TEAM通过剪接体被招募至含隐藏的内含子的靶标。RNA免疫沉淀实验显示,Tgs1结合并催化ura4ci报告转录本上的三甲基鸟苷(TMG)加帽,而在消除隐藏的内含子的高效剪接突变体或剪接因子Cwf10和Prp5突变体中,Tgs1的结合与TMG加帽均显著降低。RIP-seq分析进一步表明,Tgs1通过剪接体Cwf10被招募到Tf2逆转座子及广泛的基因转录本上,且这一功能依赖于其甲基转移酶活性。RNA-seq分析显示,Tgs1缺失导致大量含隐藏的内含子的mRNA、非编码RNA和逆转座子转录本上调,证实隐藏的内含子需依赖Tgs1来发挥剂量依赖性的基因表达抑制功能。

其次,研究揭示了TEAM沉默有性生殖基因的独立通路。Tgs1缺失在单独情况下对Mmi1调控的有性生殖基因影响微弱,但当联合缺失MTREC复合物的接头蛋白Pir1时,Tgs1缺失导致这些转录本的累积效应显著增强,并挽救了sme2Δ缺失株的减数分裂缺陷,表明Tgs1与MTREC-Pir1通路在功能上平行冗余。RIP-seq分析表明,与依赖于剪接体的通路不同,Mmi1直接负责将Tgs1/TEAM招募至有性生殖基因转录本,并促进其TMG加帽。上位性分析显示,Tgs1与Ccr4-Not复合物在功能上相互独立。

为了确定Tgs1执行功能的终末通路,研究者检测了Tgs1与RNAi的关系。结果显示,在rrp6Δ突变株中,Tgs1缺失会导致来自有性生殖基因和其他隐藏的内含子靶标(如Tf2逆转座子和着丝粒重复序列)的siRNA几乎完全消失。与Ago1的上位性分析证实,Tgs1通过RNAi通路发挥作用。这种机制对于异染色质的从头建立至关重要:团队发现TEAM催化TMG加帽是着丝粒区siRNA生成和异染色质成核(nucleation)所必需的。进一步的机制研究揭示,保守蛋白 Pir2(哺乳动物Ars2的同源物)是该过程中的关键衔接因子。Tgs1催化的TMG加帽促进了Pir2/Ars2的招募,且Pir2与RNase III酶 Pac1(Drosha同源物)相互作用。pir2和pac1突变体均表现出类似tgs1突变体的表型:在swi6Δ背景下着丝粒siRNA严重丧失,在clr4Δ背景下不能重建异染色质。

最后,该研究将这一发现拓展至人类细胞。在BJ成纤维细胞中通过siRNA敲低TGS1,结果导致内源性逆转座子(如LINE和LTR元件)及卫星重复序列的去抑制,同时激活了RIG-I和OAS等抗病毒天然免疫应答通路,表明该分子机制在进化上具有保守性。

本研究的科学价值在于阐明了一个全新的、由剪接体和RNA结合蛋白介导的RNA修饰与RNAi的桥梁机制。其核心亮点包括:首次发现TEAM复合体;揭示了剪接体停滞招募Tgs1进行TMG加帽,从而标记RNA进入RNAi通路的新功能;发现TMG加帽通过招募Pir2/Ars2与Pac1/Drosha来加工RNAi底物,从而在着丝粒处起始异染色质组装;并证实该通路在人类细胞中同样具有沉默逆转座子、维护基因组稳定性的保守功能。这一发现为理解转录后调控与基因组防御提供了新的框架。

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