對于人類生物學(xué)與疾病來說,,了解RNA結(jié)合蛋白如何控制遺傳剪接代碼是根本所在,更象能改變電影場景的電影剪輯,。剪接異常變化往往牽涉到癌癥和遺傳性神經(jīng)退行性疾病,。
在譯碼人類基因組"剪接代碼"的這一步驟中,加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院的研究人員已對6個更高表達的RNA結(jié)合蛋白進行了綜合分析,,這些結(jié)合蛋白稱為核不均一性核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoparticle ,,hnRNP)。
這項研究在線發(fā)表于2月16日Cell出版社的新開放性期刊Cell Reports上,,它陳述了多種RNA結(jié)合蛋白通過調(diào)節(jié)數(shù)千計基因的可變剪接如何互相合作地控制人類細胞中蛋白質(zhì)的多樣性,。
在剪接過程中,不典型地編碼蛋白質(zhì)的片段稱為內(nèi)含子,,從基因轉(zhuǎn)錄中被刪除,,其余序列稱為外顯子,被重新連接,。結(jié)合RNA的蛋白質(zhì)對剪接過程的控制很重要,,它們結(jié)合的位置決定著RNA的哪一段在最后的基因轉(zhuǎn)錄中被留下或刪除,在模式上與改變影片中情節(jié)的移除和插入場景,,或為剪輯相同,。
通過整合關(guān)于這些關(guān)鍵結(jié)合蛋白的大量信息,并廣泛應(yīng)用這些數(shù)據(jù),,這將給建立剪接預(yù)測模型和將來如胚胎干細胞一樣的其他細胞研究提供基礎(chǔ),。如果能了解這些蛋白如何一起發(fā)揮作用并相互影響來調(diào)節(jié)可變剪接,將為合理設(shè)計藥物提供重要的線索。
此項研究所強調(diào)的那些數(shù)據(jù)繪制出人類細胞中6個主要的核不均一核糖核蛋白(hnRNP)的功能性結(jié)合位點,,這些數(shù)據(jù)通過全基因組方法獲得,,其中全基因組方法包括定制的剪接敏感芯片、確定全基因組結(jié)合位點(CLIP-seq)的RNA測序和高通量測序,。
已確定了這些hnRNP蛋白的數(shù)千計結(jié)合位點和可變剪接事件,,這些蛋白令人驚訝地互相結(jié)合并互相調(diào)節(jié),,其他RNA結(jié)合蛋白的整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)表明這些蛋白對于細胞的自身穩(wěn)定很重要,。
在這項研究中,被RNA結(jié)合蛋白特異靶向的基因也經(jīng)常涉及癌癥,。數(shù)以千計的遺傳突變出現(xiàn)在癌癥中,,它們大部分出現(xiàn)在剪接期間被移除的內(nèi)含子里面;但是,,內(nèi)含子區(qū)域是調(diào)節(jié)性hnRNP蛋白通常結(jié)合的位置所在,。
這項研究發(fā)現(xiàn)表明了hnRNP蛋白間復(fù)雜且互為補充關(guān)系的一種前所未有的深度和它們的可能賦于細胞強壯的剪接目標(biāo)。RNA結(jié)合蛋白的編排不僅對細胞自身穩(wěn)定很重要,,也通過繪制基因上結(jié)合位點與所有調(diào)節(jié)區(qū)域的位置揭示這一過程的瓦解如何引起疾病,,也可能是一種干預(yù)途徑。
此研究部分資金由美國NIH和圣地亞哥干細胞研究計劃提供,。(生物谷bioon.com)
doi:10.1016/j.celrep.2012.02.001
PMC:
PMID:
Integrative Genome-wide Analysis Reveals Cooperative Regulation of Alternative Splicing by hnRNP Proteins
Stephanie C. Huelga, Anthony Q. Vu, Justin D. Arnold, Tiffany Y. Liang, Patrick P. Liu, Bernice Y. Yan, John Paul Donohue, Lily Shiue, Shawn Hoon, Sydney Brenner, Manuel Ares, Gene W. Yeo
Summary Understanding how RNA binding proteins control the splicing code is fundamental to human biology and disease. Here, we present a comprehensive study to elucidate how heterogeneous nuclear ribonucleoparticle (hnRNP) proteins, among the most abundant RNA binding proteins, coordinate to regulate alternative pre-mRNA splicing (AS) in human cells. Using splicing-sensitive microarrays, crosslinking and immunoprecipitation coupled with high-throughput sequencing (CLIP-seq), and cDNA sequencing, we find that more than half of all AS events are regulated by multiple hnRNP proteins and that some combinations of hnRNP proteins exhibit significant synergy, whereas others act antagonistically. Our analyses reveal position-dependent RNA splicing maps, in vivo consensus binding sites, a surprising level of cross- and autoregulation among hnRNP proteins, and the coordinated regulation by hnRNP proteins of dozens of other RNA binding proteins and genes associated with cancer. Our findings define an unprecedented degree of complexity and compensatory relationships among hnRNP proteins and their splicing targets that likely confer robustness to cells.