無義介導的RNA降解(Nonsense-mediated decay, NMD)是真核生物一種重要的mRNA質量控制方式,細胞通過檢驗終止密碼子與最后一個剪接接頭的距離是否超過55nt來判斷該終止密碼子是否為提前終止密碼子(Premature Termination Codon, PTC)從而決定是否降解該RNA。因此經典的NMD通路是一種RNA剪接依賴的機制。假基因是一種失去了蛋白編碼能力或者表達能力的基因,通常由基因重復產生,基因組上的DNA重復可以形成非加工型假基因,而逆轉錄形成的基因重復會形成加工型假基因。假基因容易形成截短的蛋白產生細胞毒性,因此假基因的活性通常受到抑制。由于假基因通常含有PTC,因此大量的非加工型假基因可以通過NMD的方式降解。然而,加工型假基因由于缺少內含子而不能通過NMD的機制降解,那么加工型的假基因是否進化出其他的方式來進行降解并不清楚。
近日,中山大學王金凱教授課題組在Genome Biology雜志發表論文Positive natural selection of N6methyladenosine on the RNAs of processed pseudogenes,揭示加工型假基因在進化過程中在達爾文正向選擇的驅動下快速積累產生m6A motif 的突變,從而造成加工型假基因的m6A水平顯著高于同源的蛋白編碼基因,進化出利用m6A降解加工型假基因的方式。這些進化出的m6A位點對于降解加工型假基因防止其通過ceRNA的機制干擾同源蛋白編碼基因的表達調控網絡發揮了重要作用。
研究人員首先通過m6A定量技術m6A-LAIC-seq的數據在人的GM12878和H1細胞中發現假基因尤其是加工型假基因的m6A假基因的程度顯著高于同源的蛋白編碼基因,同時m6A-seq揭示假基因的m6A位點數目也顯著高于同源的蛋白編碼基因,提示假基因在進化過程中產生了更多的m6A位點。進一步的分析發現,在靈長類的進化過程中,與反義鏈相比,正義鏈更容易產生新的m6A motif。被修飾的m6A motif 大多進化上比較年輕,即人特異的m6A motif要多于人和黑猩猩共有的motif,而人、黑猩猩、大猩猩、黃猩猩、小猿和獼猴都共有的m6A motif最少;然而沒有被修飾的m6A motif 卻呈現出完全相反的模式,即進化上越保守的motif占比越多,而人特異性的motif占比最少,說明這些被修飾的motif是在進化過程中加速形成的。此外,越古老的m6A 位點,在人的細胞中通過m6A-seq計算的m6A peak的強度也越高,說明除了位點的增多,相同位點的m6A程度也在不斷提高。
研究人員進一步通過細胞核質分離的RNA-seq數據發現,高m6A甲基化的加工型假基因相比低甲基化的加工型假基因有更高的核質比,更低的整體表達和細胞質表達。這一現象在敲低m6A甲基轉移酶METTL3后的細胞中不能觀察到,非加工型的假基因也不具有這樣的現象。說明加工型假基因通過m6A促進了其在細胞質中的降解。為了揭示加工型假基因導致胞質降解的意義,研究人員通過千人基因組計劃歐洲人群淋巴母細胞系的RNA-seq數據分析發現,m6A高甲基化的加工型假基因在群體中與同源的蛋白編碼基因有更低的相關性,提示m6A破壞了假基因和真基因的調控關系,通常假基因能夠通過ceRNA的機制吸附調控同源蛋白編碼基因的miRNA,從而能夠正調控其同源基因。為了證明這種假說,研究人員用實驗的方法對DSTNP2和NAP1L4P1這兩個加工型假基因進行驗證。結果發現,這兩個假基因的m6A不僅促進了假基因本身的降解,也促進了其同源的蛋白編碼基因的降解并導致其蛋白的表達水平降低。而DSTNP2的m6A對其蛋白編碼基因DSTN的調控作用依賴于miRNA miR-362-5p,其調控DSTN是通過降解DSTNP2從而造成miR-362-5p不能被有效吸附并更多地作用于DSTN從而導致更多的DSTN被miR-362-5p降解。這項工作揭示了m6A RNA修飾的新的進化意義,即通過降解加工型假基因來緩解加工型假基因對同源蛋白編碼基因表達調控網絡的干擾。
論文的通訊作者王金凱是中山大學中山醫學院的教授,該論文的第一作者為王金凱教授課題組的兩名博士研究生譚利強博士和程維晟博士。
基因組大片段的精準操控是作物育種和合成生物學領域的關鍵需求。CRISPR-Cas系統依賴DNA雙鏈斷裂(DSB),大片段重排效率低且易產生副產物。經典重組酶識別序列固定、無法重新編程。近年,bridg......
瑞士蘇黎世聯邦理工學院分子系統生物學研究所的UweSauer等科學家,揭示了海洋中巖藻聚糖通過功能互補細菌群協同降解的機制。近日,相關研究成果發表于《自然》。巖藻聚糖是一類由褐藻和硅藻產生的復雜多糖,......
近日,中山大學腫瘤防治中心主任醫師牟永告團隊聯合廣東省科學院生物與醫學工程研究所醫學材料團隊郭會龍副研究員等科研人員,開發出一種三重響應型可注射水凝膠,可在術后瘤腔實現siRNA靶向遞送,從而阻斷腫瘤......
近日,中國農業科學院植物保護研究所聯合多家科研單位,成功研發出以RNA干擾為核心的根結線蟲綠色防控技術,相關研究成果發表在《現代農業化學》(AdvancedAgrochem)上。根結線蟲是嚴重危害糧食......
美國弗吉尼亞理工大學科學家團隊開發出一種名為“RNAbpFlow”的AI模型,在RNA結構預測任務中的表現可媲美谷歌旗下“深度思維”公司開發的“阿爾法折疊3”,且無需依賴海量進化序列數據庫,有望加速R......
近日,中國農業科學院作物科學研究所野生稻保護與利用創新研究組聯合國內外科研團隊系統解析了水稻長鏈非編碼RNA的多組學特征與表型效應,揭示了其驅動表型變異與育種潛力。相關研究成果發表在《細胞研究》(Ce......
中國科學院動物研究所研究員趙方慶團隊開發基于納米孔RNA直接測序技術與深度學習策略的RNA修飾圖譜解析算法ORCA。相關研究發表于《自然-通訊》。基于深度學習的RNA修飾系統識別與注釋模型 ......
現代生命離不開三樣東西:DNA、蛋白質和RNA。但問題是,它們不可能同時出現。蛋白質就像建筑工人和建筑材料,沒有蛋白質,DNA無法復制;DNA就像建筑藍圖,沒有DNA,蛋白質無法構建。為了解開這個“先......
據27日《自然》雜志報道,英國倫敦大學學院(UCL)化學家通過模擬早期地球的條件,首次實現了RNA與氨基酸的化學連接。這一難題自20世紀70年代以來一直困擾著科學家,如今,這一突破性成果為解答生命起源......
美國芝加哥大學團隊開發了一種更為靈敏的液體活檢技術,該方法利用RNA而不是傳統的DNA來檢測癌癥。這一創新方法在使用患者血液樣本進行測試時,識別出早期結直腸癌的準確率達到95%,顯著優于現有的非侵入性......