我們的皮膚表皮是由許多不同細胞類型構成的混合體,，每種細胞類型都有非常明確的職責,。這樣復雜的組織,，其生成或分化在細胞水平上需要進行大量的協(xié)調,，這一過程發(fā)生故障可以導致災難性的后果。現(xiàn)在,，來自斯坦福大學醫(yī)學院的研究人員確定了這一分化過程的一個主要調控因子,。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,、斯坦福大學醫(yī)學院皮膚科主任及教授Paul Khavari 博士說,。“從皮膚癌到濕疹，近一半的美國人在他們一生的某個時候都會受累于某些表皮分化疾病,。了解這一分化發(fā)生的機制,，不僅對于疾病的治療，對于組織再生甚至是干細胞科學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的分子引導前體細胞沿著信號通路走向特殊的發(fā)育命運,。它是通過結合和穩(wěn)定分化特異性遺傳信息——信使RNAs（mRNAs）來實現(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胞的分化,。
“這完全是一種獨特的機制,，揭示了這一過程調控之前不為人所知的部分，”Khavari說,。
令人驚訝的是,，這一特別的協(xié)調因子并不是某種蛋白（蛋白質歷來被認為是細胞中主要的行動者和引導者，盡管這一觀點現(xiàn)在某種程度上有所改變）,。相反，它屬于一類較新的,、日益具有影響的調控分子——長鏈非編碼RNAs(lncRNAs),。這些分子之所以這樣命名是因為它們不攜帶生成蛋白質的指令。且它們的序列長于其他的調控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特的。
“這項工作揭示了調控RNAs在基因激活中的一個新作用——穩(wěn)定了選擇的信使RNA轉錄物,。這一發(fā)現(xiàn)突顯了調控RNAs微調基因表達的能力,，”共同作者、皮膚科教授Howard Chang博士說,。
研究人員通過尋找相較祖細胞,，在稱作角質細胞（keratinocyte）的分化表皮細胞中更高水平表達的RNAs，從而鑒別出了這一分子,。他們發(fā)現(xiàn)角質細胞中的TINCR（“終末分化誘導非編碼RNA”簡稱,，terminal differentiation-induced non-coding RNA）表達水平比祖細胞中高150倍,。為了弄清TINCR的作用，他們開發(fā)出了兩種新的測試：一種幫助研究人員鑒別RNA分子間的互作,，另一種分析調控RNA與蛋白質伙伴的互作,。隨著研究人員繼續(xù)鑒別出RNA分子所起的關鍵性調控作用，這樣的技術將變得越來越重要,。
“這些長鏈非編碼RNAs并沒有像蛋白質一樣具有可識別的經(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,。
研究人員將第一種方法命名為RIA-Seq，這種方法是將一種RNA互作分析與深度測序技術相結合鑒別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控結合的短序列。且許多的伙伴RNA 編碼了分化過程必需的蛋白,。
Khavari 說：“這些保守的,、互補的基序或許有助于TINCR配對并穩(wěn)定它的信使RNAs伙伴。TINCR有可能以這種方式充當了與表皮分化相關的許多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的蛋白強有力地結合了TINCR,。過去并未顯示STAU1與表皮分化相關,，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：“這一效應對于表皮組織是非常特異的,。它表明自然進化出了一種簡單的機制來控制大量基因的組織特異性表達。我們想更多地了解這一TINCR -STAU1復合物,，從而更深入地了解生物化學水平上它的作用機制,。”
除確定了一種新的lncRNA在表皮分化中的獨特作用，Khavari和Chang說他們還非常興奮于開發(fā)出了一些可用于了解細胞中這些調控RNAs功能的新工具,。“這確實有助于大幅度擴展我們的工具箱,，我們可以利用它們來分析RNA與蛋白質的互作機制，” Khavari說,。(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.
