我們的皮膚表皮是由許多不同細(xì)胞類型構(gòu)成的混合體，每種細(xì)胞類型都有非常明確的職責(zé),。這樣復(fù)雜的組織,，其生成或分化在細(xì)胞水平上需要進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)，這一過(guò)程發(fā)生故障可以導(dǎo)致災(zāi)難性的后果?，F(xiàn)在,，來(lái)自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員確定了這一分化過(guò)程的一個(gè)主要調(diào)控因子。研究成果發(fā)表在12月2日的《自然》（Nature）雜志上,。
論文的資深作者,、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院皮膚科主任及教授Paul Khavari 博士說(shuō)。“從皮膚癌到濕疹,，近一半的美國(guó)人在他們一生的某個(gè)時(shí)候都會(huì)受累于某些表皮分化疾病,。了解這一分化發(fā)生的機(jī)制，不僅對(duì)于疾病的治療,，對(duì)于組織再生甚至是干細(xì)胞科學(xué)研究都具有重大的意義,。”
Khavari和同事們發(fā)現(xiàn)，就像在大型繁華地段交通警察指示車輛停至特定泊車位一樣,，新發(fā)現(xiàn)的稱作TINCR的分子引導(dǎo)前體細(xì)胞沿著信號(hào)通路走向特殊的發(fā)育命運(yùn),。它是通過(guò)結(jié)合和穩(wěn)定分化特異性遺傳信息——信使RNAs（mRNAs）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能的。研究人員發(fā)現(xiàn)阻斷TINCR活性,，可以終止所有表皮細(xì)胞的分化,。
“這完全是一種獨(dú)特的機(jī)制，揭示了這一過(guò)程調(diào)控之前不為人所知的部分,，”Khavari說(shuō),。
令人驚訝的是，這一特別的協(xié)調(diào)因子并不是某種蛋白（蛋白質(zhì)歷來(lái)被認(rèn)為是細(xì)胞中主要的行動(dòng)者和引導(dǎo)者,，盡管這一觀點(diǎn)現(xiàn)在某種程度上有所改變）,。相反，它屬于一類較新的,、日益具有影響的調(diào)控分子——長(zhǎng)鏈非編碼RNAs(lncRNAs),。這些分子之所以這樣命名是因?yàn)樗鼈儾粩y帶生成蛋白質(zhì)的指令。且它們的序列長(zhǎng)于其他的調(diào)控RNAs——microRNAs,。
然而即便是在lncRNAs中,，TINCR以及它在表皮分化中的作用都是獨(dú)特的。
“這項(xiàng)工作揭示了調(diào)控RNAs在基因激活中的一個(gè)新作用——穩(wěn)定了選擇的信使RNA轉(zhuǎn)錄物,。這一發(fā)現(xiàn)突顯了調(diào)控RNAs微調(diào)基因表達(dá)的能力,，”共同作者、皮膚科教授Howard Chang博士說(shuō)。
研究人員通過(guò)尋找相較祖細(xì)胞,，在稱作角質(zhì)細(xì)胞（keratinocyte）的分化表皮細(xì)胞中更高水平表達(dá)的RNAs,，從而鑒別出了這一分子。他們發(fā)現(xiàn)角質(zhì)細(xì)胞中的TINCR（“終末分化誘導(dǎo)非編碼RNA”簡(jiǎn)稱,，terminal differentiation-induced non-coding RNA）表達(dá)水平比祖細(xì)胞中高150倍,。為了弄清TINCR的作用，他們開發(fā)出了兩種新的測(cè)試：一種幫助研究人員鑒別RNA分子間的互作,，另一種分析調(diào)控RNA與蛋白質(zhì)伙伴的互作,。隨著研究人員繼續(xù)鑒別出RNA分子所起的關(guān)鍵性調(diào)控作用，這樣的技術(shù)將變得越來(lái)越重要,。
“這些長(zhǎng)鏈非編碼RNAs并沒(méi)有像蛋白質(zhì)一樣具有可識(shí)別的經(jīng)典的基序,。而我們需要知道的是它們有可能與哪些其他的分子發(fā)生了物理互作，以真正了解它們的生物作用,，” Khavari說(shuō),。
研究人員將第一種方法命名為RIA-Seq，這種方法是將一種RNA互作分析與深度測(cè)序技術(shù)相結(jié)合鑒別TINCR的伙伴RNA,。利用RIA-Seq,，研究人員發(fā)現(xiàn)TINCR和它的伙伴RNA都具有一種相同的調(diào)控結(jié)合的短序列。且許多的伙伴RNA 編碼了分化過(guò)程必需的蛋白,。
Khavari 說(shuō)：“這些保守的,、互補(bǔ)的基序或許有助于TINCR配對(duì)并穩(wěn)定它的信使RNAs伙伴。TINCR有可能以這種方式充當(dāng)了與表皮分化相關(guān)的許多mRNAs的支架,。”
第二種方法是利用一種芯片,，研究人員讓TINCR與9,400種人類蛋白相接觸。他們發(fā)現(xiàn)其中一種稱作STAU1的蛋白強(qiáng)有力地結(jié)合了TINCR,。過(guò)去并未顯示STAU1與表皮分化相關(guān),，然而研究人員發(fā)現(xiàn)阻斷STAU1活性，以與阻斷TINCR相似的方式阻止了分化,。
Khavari 說(shuō)：“這一效應(yīng)對(duì)于表皮組織是非常特異的,。它表明自然進(jìn)化出了一種簡(jiǎn)單的機(jī)制來(lái)控制大量基因的組織特異性表達(dá)。我們想更多地了解這一TINCR -STAU1復(fù)合物,，從而更深入地了解生物化學(xué)水平上它的作用機(jī)制,。”
除確定了一種新的lncRNA在表皮分化中的獨(dú)特作用，Khavari和Chang說(shuō)他們還非常興奮于開發(fā)出了一些可用于了解細(xì)胞中這些調(diào)控RNAs功能的新工具,。“這確實(shí)有助于大幅度擴(kuò)展我們的工具箱,，我們可以利用它們來(lái)分析RNA與蛋白質(zhì)的互作機(jī)制，” Khavari說(shuō),。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11661
PMC:
PMID:
Control of somatic tissue differentiation by the long non-coding RNA TINCR
Markus Kretz,1 Zurab Siprashvili,1, 6 Ci Chu,1, 6 Dan E. Webster,1, 6 Ashley Zehnder,1 Kun Qu,1 Carolyn S. Lee,1 Ross J. Flockhart,1 Abigail F. Groff,1 Jennifer Chow,1 Danielle Johnston,1 Grace E. Kim,1 Robert C. Spitale,1 Ryan A. Flynn,1 Grace X. Y. Zheng,1 Subhadra Aiyer,2 Arjun Raj,2 John L. Rinn,3 Howard Y. Chang1, 4 & Paul A. Khavari1, 5
Several of the thousands of human long non-coding RNAs (lncRNAs) have been functionally characterized1, 2, 3, 4; however, potential roles for lncRNAs in somatic tissue differentiation remain poorly understood. Here we show that a 3.7-kilobase lncRNA, terminal differentiation-induced ncRNA (TINCR), controls human epidermal differentiation by a post-transcriptional mechanism. TINCR is required for high messenger RNA abundance of key differentiation genes, many of which are mutated in human skin diseases, including FLG, LOR, ALOXE3, ALOX12B, ABCA12, CASP14 and ELOVL3. TINCR-deficient epidermis lacked terminal differentiation ultrastructure, including keratohyalin granules and intact lamellar bodies. Genome-scale RNA interactome analysis revealed that TINCR interacts with a range of differentiation mRNAs. TINCR–mRNA interaction occurs through a 25-nucleotide ‘TINCR box’ motif that is strongly enriched in interacting mRNAs and required for TINCR binding. A high-throughput screen to analyse TINCR binding capacity to approximately 9,400 human recombinant proteins revealed direct binding of TINCR RNA to the staufen1 (STAU1) protein. STAU1-deficient tissue recapitulated the impaired differentiation seen with TINCR depletion. Loss of UPF1 and UPF2, both of which are required for STAU1-mediated RNA decay, however, did not have differentiation effects. Instead, the TINCR–STAU1 complex seems to mediate stabilization of differentiation mRNAs, such as KRT80. These data identify TINCR as a key lncRNA required for somatic tissue differentiation, which occurs through lncRNA binding to differentiation mRNAs to ensure their expression.
