近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PLoS ONE在線發(fā)表了中科院上海生科院營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所翟琦巍研究組的最新研究進(jìn)展：“Profiling and Identification of Small rDNA-Derived RNAs and Their Potential Biological Functions”,，提出了小核糖體RNA (Small rDNA-Derived RNA,，srRNA)這一新概念，并初步發(fā)現(xiàn)srRNA和糖尿病存在相關(guān)性并具有生物學(xué)功能,。
近年來(lái)小RNA的研究發(fā)展迅猛,，各種類型的小RNA相繼被發(fā)現(xiàn)和鑒定，例如miRNA,、piRNA,、siRNA、snoRNA,、qiRNA,、sgRNA、sbRNA,、vtRNA,、scnRNA和diRNA等。在小RNA高通量測(cè)序數(shù)據(jù)中,，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)存在相當(dāng)數(shù)量的和核糖體DNA (ribosomal DNA, rDNA)完全匹配的小RNA,。但在常規(guī)的數(shù)據(jù)分析過(guò)程中，這些小RNA會(huì)被當(dāng)作是降解的核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA)而直接舍棄,。但有趣的是,，qiRNA和sgRNA中相當(dāng)一部分小RNA的序列和rDNA完全匹配。
翟琦巍研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn),，小鼠miR-696,、miR-712、miR-714,、miR-715等已經(jīng)鑒定的10種miRNA其序列和rDNA完全匹配,，并且小鼠piR-16、piR-38,、piR-165,、piR-170,、piR-171等已經(jīng)鑒定的60種piRNA其序列也和rDNA完全匹配。這些都提示和rDNA完全匹配的微小RNA很可能是一類具有生物學(xué)功能的非編碼小RNA,。該研究團(tuán)隊(duì)博士后衛(wèi)海濱,、博士研究生周犇等在對(duì)小RNA高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)序數(shù)據(jù)中存在相當(dāng)數(shù)量和已有的人,、小鼠等哺乳動(dòng)物基因組不能匹配的小RNA,。深入研究發(fā)現(xiàn)，由于目前的人,、小鼠等哺乳動(dòng)物基因組數(shù)據(jù)中不包含rDNA重復(fù)單元,，這些小RNA中相當(dāng)一部分可以和rDNA完全匹配。在此基礎(chǔ)上分析了若干個(gè)小RNA高通量測(cè)序數(shù)據(jù),，比較系統(tǒng)地分析了人,、小鼠等物種的srRNA，發(fā)現(xiàn)srRNA主要分布在rDNA的編碼區(qū)并和正義鏈相匹配,。利用擬南芥,、果蠅和人的Agronaute (AGO)蛋白免疫共沉淀的小RNA高通量測(cè)序數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，srRNA可以和AGO蛋白特異性結(jié)合,。進(jìn)一步的小鼠糖尿病模型研究發(fā)現(xiàn),，srRNA的表達(dá)譜和糖尿病存在相關(guān)性。并且利用細(xì)胞模型的初步研究發(fā)現(xiàn),，srRNA具有生物學(xué)功能。
srRNA這一新概念的提出較易引起爭(zhēng)議,，主要是在于srRNA很容易被認(rèn)為是rRNA隨機(jī)降解的產(chǎn)物,，但該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為srRNA的存在并具有生物學(xué)功能有其合理性。首先,，tRNA來(lái)源的小tRNA (tRNA-derived small RNA, tsRNA)這一概念目前已逐漸被接受,，具有生物學(xué)功能的tsRNA可以看作是tRNA的降解產(chǎn)物，因此與之類似的rRNA降解產(chǎn)物具有生物學(xué)功能也有其合理性,。當(dāng)然,，srRNA是否主要來(lái)源于rRNA的降解還需要進(jìn)一步研究。另外,，srRNA的序列和豐度分布是具有特異性的,，其在rDNA上的豐度分布并不是隨機(jī)的，而是存在特征峰的,，這提示srRNA至少并不完全是隨機(jī)降解的產(chǎn)物,。其次，srRNA可以特異性地和AGO蛋白結(jié)合,，提示其可能和miRNA等一樣具有生物學(xué)功能,。初步的生物學(xué)功能研究也確認(rèn)了srRNA具有生物學(xué)功能,。再次，目前已知的很多小RNA是與rDNA完全匹配的,，也就是說(shuō)這些已知的小RNA就是srRNA,。
srRNA這一新概念的提出，一方面會(huì)加深對(duì)于小RNA的理解,，另一方面會(huì)引起研究人員對(duì)于srRNA在不同生理病理過(guò)程中的作用和機(jī)制的重視,，為糖尿病等疾病的診斷和治療提供新的思路。
該研究獲得了國(guó)家基金委,、科技部,、中科院和上海市科委等項(xiàng)目的資助。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1073/pnas.1213603110
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PMID:
Profiling and Identification of Small rDNA-Derived RNAs and Their Potential Biological Functions
Haibin Wei equal contributor,Ben Zhou equal contributor,Fang Zhang,Yanyang Tu,Yanan Hu,Baoguo Zhang,Qiwei Zhai
Small non-coding RNAs constitute a large family of regulatory molecules with diverse functions. Notably, some small non-coding RNAs matched to rDNA have been identified as qiRNAs and small guide RNAs involved in various biological processes. However, a large number of small rDNA-derived RNAs (srRNAs) are usually neglected and yet to be investigated. We systematically investigated srRNAs using small RNA datasets generated by high-throughput sequencing, and found srRNAs are mainly mapped to rRNA coding regions in sense direction. The datasets from immunoprecipitation and high-throughput sequencing demonstrate that srRNAs are co-immunoprecipitated with Argonaute (AGO) proteins. Furthermore, the srRNA expression profile in mouse liver is affected by diabetes. Overexpression or inhibition of srRNAs in cultured cells shows that srRNAs are involved in various signaling pathways. This study presents a global view of srRNAs in total small RNA and AGO protein complex from different species, and demonstrates that srRNAs are correlated with diabetes, and involved in some biological processes. These findings provide new insights into srRNAs and their functions in various physiological and pathological processes.
