RNA編輯是基因表達(dá)中關(guān)鍵的一步,。布朗大學(xué)的科學(xué)家在自然-方法學(xué)期刊上報道稱,，他們設(shè)計出了一種基因，能直觀地呈現(xiàn)關(guān)鍵性酶ADAR在活體果蠅中的活動,。
為了跟蹤他們看不到的東西,，飛行員需要注視雷達(dá)屏幕上的綠光。現(xiàn)在,，生物學(xué)家也有了一個他們自己的綠光指示器,，用于監(jiān)測基因的表達(dá)、個體的差異以及疾?。翰祭蚀髮W(xué)的生物學(xué)家開發(fā)了一個能跟蹤ADAR的"雷達(dá)",，ADAR是神經(jīng)系統(tǒng)中RNA編輯的關(guān)鍵酶。
這項技術(shù)為科學(xué)家開辟了一條道路,，使他們能夠觀察活體動物中ADAR是何時在何地活躍著以及有多少在活躍,。正如自然-方法學(xué)期刊中描述的，在實驗中科學(xué)家展示了在果蠅大腦的學(xué)習(xí)記憶中心內(nèi)ADAR酶的RNA編輯活動存在驚人的個體差異,。
"我們設(shè)計了這種報告分子為我們報告來自機(jī)體的熒光,，"生物學(xué)教授Rober Reenan博士說，同時他也是文章的通訊作者,。"當(dāng)涉及到基因的表達(dá)和調(diào)控時,，魔鬼就藏在細(xì)節(jié)中。"
"生物學(xué)家已經(jīng)知道,，在DNA轉(zhuǎn)錄RNA這個過程中出現(xiàn)的錯誤能導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中基因的異常表達(dá),，可能會引起如癲癇、抑郁及精神分裂之類的疾病,。最近,，他們已經(jīng)收集到ADAR與疾病相關(guān)的證據(jù)。例如在2個月前的自然-神經(jīng)科學(xué)期刊報道的一項研究中,，Reenan和賓夕法尼亞大學(xué)的同事們描述了ADAR和果蠅中脆性X智力低下模型之間的深刻聯(lián)系,。"
Reenan說，使用這種新的"報告"工具來尋找ADAR活動水平與行為或疾病之間的聯(lián)系，有可能為探究RNA編輯錯誤是如何導(dǎo)致這種差異提供新的見解,。但他同時也推測,，他和他的研究小組創(chuàng)造的熒光ADAR跟蹤系統(tǒng)的原理，有可能在將來的某一天能被用于開發(fā)基于RNA修復(fù)的療法,。他們的"報告"工具需要通過ADAR將RNA中一個被精心破壞的堿基固定在一個設(shè)計好的基因上來工作,。"我們實際上是在核苷酸水平上修復(fù)RNA,"Reenan說。"這里,，我們已經(jīng)證明我們能夠讓一個突變版本的DNA恢復(fù)功能,，但是是在RNA水平而不是DNA水平。"
Reenan和第三作者Kyle Jay在2006年事開始創(chuàng)造這個報告分子,，當(dāng)時Jay還是一個本科生,。他們從一個很有名的分子生物學(xué)工具入手--一個水母基因，所產(chǎn)生的蛋白暴露于紫外光時能發(fā)出綠色的熒光（即綠色熒光蛋白）,。研究的策略就是故意在這個基因中制造一些特別適合ADAR修復(fù)的錯誤,。
首先他們精心設(shè)計了一個必需"內(nèi)含子"密碼納入這個基因中，這個"內(nèi)含子"密碼需要一個特定的剪切操作發(fā)生,。然后他們插入了"終止密碼子"T-A-G替代了T-G-G,，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的停止，有效地防止了綠色熒光蛋白的產(chǎn)生,。但在剪切發(fā)生前,，當(dāng)ADAR發(fā)現(xiàn)RNA轉(zhuǎn)錄體中的U-A-G終止密碼子時，它會將A修改為I,，結(jié)果恢復(fù)了正確的信息,，整個基因的翻譯工作正常進(jìn)行，好像DNA中的那個終止突變并不存在一樣,。因此,，當(dāng)剪切和ADAR編輯發(fā)生時，帶有這個基因的神經(jīng)元便會發(fā)出綠光,。
為了了解ADAR編輯及剪切發(fā)生的部位,，與單獨的剪切相比，他們也為設(shè)計的基因裝配了一個剪切組件,，但不是TAG密碼子,。當(dāng)剪切單獨發(fā)生時，將會產(chǎn)生黃色的熒光蛋白,。
有了新的ADAR報告分子,，Reenan和第一作者James Jepson著手在果蠅中做一些生物學(xué)觀察。其中之一就是在發(fā)育期幼蟲大腦的特定部位ADAR的活動比成蟲大腦相應(yīng)部位的活動更加顯著,。該小組還發(fā)現(xiàn)在相似年齡的果蠅個體之間,，ADAR在大腦中的活動也有很大的差異,。這很讓人驚訝，Reenan說,，因為所有的這些果蠅在遺傳上是完全相同的,。
一個多功能的新工具？
Reenan說,，他很有信心,，ADAR報告分子在除果蠅之外的其他生物中也非常有用。創(chuàng)造報告分子的想法誕生于實驗室大量物種的比較基因組學(xué)研究,。ADAR,，同時也被發(fā)現(xiàn)存在于無脊椎和脊椎動物中。事實上,，在文章中,，研究者描述測試了他們設(shè)計的靈活性，將它們插入設(shè)計好的水母基因--蛾的剪切內(nèi)含子中,。
"因此,，也即是一個水母-蛾的基因嵌合體被突變損害，然后由一個果蠅的酶來修復(fù)",，Reenan說，"Rube Goldberg會感到自豪的",。
Reenan說,，他計劃將ADAR報告分子用于果蠅中繼續(xù)探索與脆性X相關(guān)的基因，同時他也迫切希望從事小鼠功能障礙研究的學(xué)者也嘗試下這個ADAR報告分子,。
將這種方法（即指導(dǎo)ADAR在RNA水平上糾正被錯誤轉(zhuǎn)錄的RNA或反轉(zhuǎn)DNA的損傷）應(yīng)用于治療方法可能還太過遙遠(yuǎn),，但從某種意義上說，至少現(xiàn)在ADAR是在雷達(dá)上,。
除了Reenan,、Jepson和Jay，論文的其他作者還有Yannis A.Sawa,。Jepson也隸屬于費(fèi)城托馬斯杰弗遜大學(xué),，Jay目前在加州大學(xué)舊金山分校工作。
一個埃里森醫(yī)學(xué)基金會高級學(xué)者獎資助了這項研究,。(生物谷bioon.com)
doi:10.1038/nmeth.1827
PMC:
PMID:
Visualizing adenosine-to-inosine RNA editing in the Drosophila nervous system.
ames E C Jepson, Yiannis A Savva, Kyle A Jay, Robert A Reenan.
Abstract： Informational recoding by adenosine-to-inosine RNA editing diversifies neuronal proteomes by chemically modifying structured mRNAs. However, techniques for analyzing editing activity on substrates in defined neurons in vivo are lacking. Guided by comparative genomics, here we reverse-engineered a fluorescent reporter sensitive to Drosophila melanogaster adenosine deaminase that acts on RNA (dADAR) activity and alterations in dADAR autoregulation. Using this artificial dADAR substrate, we visualized variable patterns of RNA-editing activity in the Drosophila nervous system between individuals. Our results demonstrate the feasibility of structurally mimicking ADAR substrates as a method to regulate protein expression and, potentially, therapeutically repair mutant mRNAs. Our data suggest variable RNA editing as a credible molecular mechanism for mediating individual-to-individual variation in neuronal physiology and behavior.
