真核细胞mRNA选择性多聚腺苷酸化研究进展

选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)是前体信使RNA(messenger RNA, mRNA)形成具有编码能力的成熟mRNA的重要加工过程。APA事件是一种真核细胞中普遍存在的基因表达调控方式,在发育、增殖、分化、神经元活化等许多生物学过程中发挥重要作用。前体mRNA的APA事件会形成具有不同长度编码区(coding sequence, CDS)或3’非翻译区(3’untranslated regions, 3’UTR)的3’端亚型,进一步增加了转录组的多样性,从而精细调控mRNA的稳定性、定位和翻译效率。随着RNA测序(RNA sequencing, RNA-seq)技术的应用和改进,使从全基因组水平研究真核细胞复杂的APA事件成为可能。本文就现阶段mRNA APA的形成过程、调控机制和研究方法进行综述,并对近年来APA生物学功能的研究进展进行归纳,以期为真核细胞基因表达调控研究提供基础资料。

转录后选择性多聚腺苷酸化调控与糖尿病肾病

选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)作为重要的转录后调控机制,是真核细胞mRNA成熟过程中,由于不同多聚腺苷酸化信号位点的选择导致一个基因产生多个3’UTR序列长度不同的转录异构体,其中pre-mRNA序列中的顺式调控元件、对应的反式作用因子,例如细胞核中多种酶和蛋白因子等共同参与APA调控。研究发现,APA机制参与多种生理、病理进程,主要通过改变3’UTR序列长度影响对应反式作用因子的调控作用,进而调节mRNA定位、稳定性、翻译效率及蛋白的定位等。本文将系统阐述转录后APA的作用机制和研究现状,并结合新近研究进展,探讨APA在糖尿病肾病研究中的前景。

前体mRNA的选择性多聚腺苷酸化与人类疾病

真核细胞的前体mRNA必须经过复杂的加工过程才能成熟,包括5’端加帽、剪接和3’端加工,其中3’加工包括3’端的切割和多聚腺苷酸化.该过程由前体mRNA上的顺式作用元件以及多个蛋白质因子控制.组成哺乳动物前体mRNA3’端加工机器的核心蛋白质复合体有切割和多聚腺苷酸化特异性因子、切割刺激因子、切割因子Ⅰ和切割因子Ⅱ.其他因子包括poly(A)聚合酶、poly(A)结合蛋白、偶对蛋白(symplekin)等.哺乳动物基因通常含有多个ploy(A)位点,选择性多聚腺苷酸化不仅可产生具有不同长度3’UTR的mRNA异构体,还可能改变基因的CDS区.作为真核生物基因表达调控的关键机制,选择性多聚腺苷酸化在细胞生长、增殖和分化中起着重要作用.本文综述了哺乳动物前体mRNA的3’端加工过程,3’端加工机器的组成及功能,探讨了选择性多聚腺苷酸化在多种人类疾病中的作用机制,以期为读者带来一些新的见解.

选择性多聚腺苷酸化的生物学效应及其调控机制研究进展

真核生物基因的前体mRNA(pre-mRNA)及一些lncRNA在成熟过程中其3'端会发生剪切和多聚腺苷酸化反应(cleavage and polyadenylation, C/P),C/P的发生需要多聚腺苷酸化信号(polyadenylation signal, PAS)的存在。选择性多聚腺苷酸化(alternative cleavage and polyadenylation, APA)是指具有多个PAS的基因,在其mRNA3'端成熟过程中,由于选择不同的PAS,导致产生出多个3'UTR长度和序列组成不同的转录异构体。3'UTR长度和序列的不同会影响mRNA的稳定性、翻译效率、运输和细胞定位等,因此APA是真核生物的一个重要转录后调控方式。近年来,对大量动物、植物及酵母的基因组测序分析发现,APA在真核生物广泛存在,针对APA的生物学效应和调控机制开展了一系列研究。目前已鉴定出许多APA调控的顺式调控元件和反式作用因子。本文重点介绍了APA生物学效应和调控机制的最新研究进展,并探讨了未来APA调控的研究方向。

选择性多聚腺苷酸化在心血管疾病中的研究进展

选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)作为一种mRNA转录后水平的调控机制普遍存在于真核生物中。mRNA成熟的重要步骤之一即前体mRNA(pre-mRNA)在3′非编码区(3′UTR)的多聚腺苷酸化位点进行核内剪切并添加一个多聚腺苷尾[poly(A)尾]。大多数人类基因在3′UTR具有一个以上的多聚腺苷酸化位点,这些位点的交替使用可生成具有不同3′UTR长度的mRNA异构体[1]。

深度挖掘肝细胞癌中遗传变异对可选择性多聚腺苷酸化的影响

目的通过整合组学和临床信息,深度挖掘肝细胞癌中重要的可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)数量性状基因位点(alternative polyadenylation quantitative trait locus,apaQTL),并研究这些重要位点相关的下游靶基因及上游RNA结合蛋白(RNA-binding protein,RBP)。方法从SNP2APA数据库下载泛癌顺式和反式apaQTL数据,用R语言分析肝细胞癌apaQTL的分布特征。根据位置提取apaQTL上下游50 bp范围内的序列,使用STREME进行特征基序富集,进一步结合肝细胞癌临床信息,筛选改变基序和临床预后相关的apaQTL。利用Tomtom挖掘潜在调控APA的上游RBP,并通过ENCODE以及TCGA预后数据分别验证RBP在APA调控和肝细胞癌发生发展中的重要性。将apaQTL和表达数量性状位点(expression quantitative trait locus,eQTL)进行共定位,并结合差异表达和预后分析,筛选影响表达和预后的apaQTL和下游靶基因。结果通过对肝细胞癌apaQTL进行特征分析,发现肝细胞癌顺式apaQTL在其他癌症中广泛出现,而反式apaQTL在肝细胞癌中具有特异性。通过对apaQTL进行基序分析,筛选出20个可以改变多聚腺苷酸化基序的apaQTL。其中rs16742可以生成新的多聚腺苷酸化基序,从而导致赖氨酰-tRNA合成酶(leucyl-tRNA synthetase,LARS)基因的转录本增长。进一步分析表明,rs16742与肝细胞癌的预后相关。通过预测新的apaQTL基序和上游靶基因,并结合外部数据验证,发现RBP聚(RC)结合蛋白2[poly(RC)binding protein 2,PCBP2]参与肝细胞癌APA事件的调控,并与预后相关。进一步分析表明,预后显著的apaQTL rs115865883和rs150628203可能影响PCBP2与转录本的结合。通过apaQTL和eQTL共定位分析,筛选出30个潜在的影响表达和肝细胞癌发生发展的apaQTL和下游靶基因。结论研究发现了一系列功能性肝细胞癌apaQTL及下游靶基因,基于apaQTL相关分析,发现RBP PCBP2可调控肝细胞癌的APA事件及预后。

可选择性多聚腺苷酸化与肿瘤的相关研究进展

可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation, APA)普遍存在于真核生物中。具有多个APA位点的基因,可产生结构不同和长度不一的mRNA异构体。不同的异构体可通过miRNA和RNA结合蛋白等影响转录本的稳定、细胞定位和翻译效率等,从而影响转录组和蛋白组的表达。十多年来的研究,特别是高通量测序技术的应用,拓宽了笔者对APA参与调控的重要生物学过程的认识,如肿瘤的发生和转移、疾病、动物发育、免疫应答和神经反应等。本文将从APA机制对转录本产生的影响、组织特异性表达、以及APA对疾病的响应,特别是APA在肿瘤中的作用进行综述,并探讨APA调控的未来研究趋势。

可选择性多聚腺苷酸化参与的应激调控在结直肠癌发生发展中的作用

随着中国人群肿瘤发病率和死亡率不断攀升,癌症已成为我国城乡居民的主要死因,其中结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是肿瘤相关致死的第二高发疾病。探究CRC发生发展机制、寻找新的肿瘤治疗方式对CRC治疗及预后具有重要意义。CRC发生发展与多种因素密切相关,其中可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)参与的应激调控在肿瘤发生发展中具有重要作用。文章就APA、应激与CRC的网络关系,RNA结合蛋白参与的APA过程在应激及肿瘤发生发展中的作用进行综述。

选择性多聚腺苷酸化在生物学过程中功能的研究进展

选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)在基因表达调控、发育、分化、转化和增殖过程中具有重要作用。文章综述了APA在细胞激活与增殖、发育和分化代谢调控中的功能,同时也综述了microRNAs和APA相互作用的调控网络关系,对了解APA对真核生物的生命活动具有重要的生物学意义。

选择性多聚腺苷酸化及microRNAs对绵羊ACSL1基因表达的影响

为探究长链脂酰辅酶A合成酶(Long-chain acyl-CoA synthetases,ACSLs)在绵羊脂肪组织的表达规律,利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)和双荧光素酶活性检测系统等方法进行研究。结果表明:1)绵羊ACSL1基因因选择性多聚腺苷酸化(Alternative polyadenylation,APA)存在2个不同长度的3′UTR;2)较短的3′UTR在绵羊前体脂肪细胞诱导分化前期更活跃,并且短3′UTR更有助于ACSL1蛋白表达;3)miR-202、miR-449a、miR-124a、miR-218均可与ACSL1 3′UTR结合,降低荧光素酶活性,其中miR-218通过与ACSL1 3′UTR的1 264~1 271bp处结合可显著降低ACSL1表达。综上,ACSL1基因因选择性多聚腺苷酸化存在不同长度的3′UTR,且短3′UTR有助于基因表达;miR-218可显著下调ACSL1基因表达。本研究为绵羊ACSL1基因的进一步研究提供理论依据。

可选择性多聚腺苷酸化的生物学功能

可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)是一种普遍存在于真核生物中的基因调控机制。APA事件的发生能使一个基因产生多种mRNA转录本,从而增加转录本的复杂度。选择不同的多聚腺苷酸化位点可以使不同的转录本具有不同的编码序列,或具有不同长度的3'端非翻译区(3'untranslated region,3'UTR)。不同长度的3'UTR可引起RNA结合蛋白或微小RNA(miRNA)的结合位点发生变化,进而影响mRNA的稳定性、定位和翻译效率。近年来,APA的研究涉及APA的形成过程、调控APA的机制以及APA对生物学过程和疾病的影响。该文对APA的上述研究进展进行了综述。

水稻OsJMJ718基因可选择性多聚腺苷酸化序列的克隆及生殖发育期表达模式

可选择性多聚腺苷酸化是真核生物重要的基因调控机制之一,通过形成不同长度的3'端非翻译区影响信使RNA的稳定性、定位和翻译效率,从而增加转录本的复杂度。已有研究表明,拟南芥(Arabidopsis thaliana)中参与DNA去甲基化调控IBM1基因的可选择性多聚腺苷酸化加工受染色质调节因子EDM2调控,从而影响拟南芥基因组数千基因的CHG甲基化水平,但该类调控机制是否在其它物种中同样存在仍然未知。以水稻(Oryza sativa)基因组中IBM1同源基因Os JMJ718为研究对象,利用生物信息学分析和3'RACE实验,发现IBM1同源基因也存在可选择性多聚腺苷酸化修饰,Os JMJ718基因可能存在9个可选择性多聚腺苷酸化序列。序列比对分析表明,NCBI网站现存日本晴Os JMJ718基因组3'末端序列与9522和明辉63等其它生态型基因组序列组成可能不同。荧光实时定量PCR分析表明,Os JMJ718的9个转录本在水稻生殖发育阶段呈现不同的动态表达模式,其中TVX5转录本表达量最高。研究获得的Os JMJ718基因可选择性多聚腺苷酸化序列信息及相关的表达模式分析为进一步揭示水稻Os JMJ718基因的可选择性多聚腺苷酸化分子机制和生物学功能奠定了基础。

高通量测序技术在可选择性多聚腺苷酸化研究中的应用

可选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)在基因表达调控中起着重要的作用。位于最后一个外显子的APA可以产生具有不同3'UTR长度的mRNA异构体,在细胞中可影响信使RNA(messager RNA,mRNA)的稳定性、翻译效率、转运及亚细胞定位等。随着第二代高通量测序技术的发展,研究人员近年来发展了许多高通量测序文库制备方法,对全基因组APA进行测序和分析。综述了当前研究全基因组水平APA的技术,并且总结了APA与一系列关键生物现象的关系,包括免疫应答、神经反应、胚胎发育和肿瘤发生等。随着APA研究的深入,APA越发成为新的基因转录与翻译调控的研究热点。

mRNA3'末端非编码区及其多态性在炎症与免疫中的调控作用

信使RNA 3'末端非编码区(3'UTR)含有多种顺式反应元件,该顺式元件参与基因表达的转录后调节。其中,存在于3'UTR的A/U富集元件(ARE)具有调控基因表达作用。ARE介导的基因表达的转录后调控广泛存在。人类细胞内ARE-containing基因主要编码一些短暂生物学过程,如免疫、炎症及凋亡等的蛋白质。另外,人类基因中广泛存在多个可选择性多聚腺苷酸化位点,产生不同3'UTR长度或不同蛋白质产物的转录本,而且人体很多3'UTR改变的事件涉及机体免疫及炎性反应。

严重急性呼吸综合征冠状病毒2膜蛋白对宿主细胞pre-mRNA 3'UTR加工的影响

目的研究严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)膜蛋白对宿主细胞mRNA前体(pre-mRNA)3’非翻译区(UTR)加工的影响。方法本研究以人肺上皮细胞系A549为模型,利用瞬时转染在细胞内过表达SARS-CoV-2膜蛋白;利用RNA-Seq测序技术及生物信息学分析方法,系统性描绘宿主细胞选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)事件;Metascape数据库对发生显著APA变化的基因进行功能富集分析;RT-qPCR验证靶基因3’UTR长度变化;蛋白质免疫印迹(Western blot)检测目的蛋白表达水平。结果SARS-CoV-2膜蛋白外源表达后宿主细胞内共813个基因发生显著APA变化。GO和KEGG分析显示,差异APA基因广泛参与有丝分裂细胞周期、调节细胞应激等生物过程,涉及病毒感染和蛋白质加工等。从中进一步筛选出AKT1基因,在IGV软件中显示3’UTR延长;RT-qPCR验证AKT1基因的3’UTR长度变化趋势;Western blot结果显示AKT1蛋白磷酸化水平增加。结论SARS-CoV-2膜蛋白潜在影响宿主pre-mRNA的3’UTR加工,其中参与多种病毒性生物过程的AKT1基因3’UTR延长,且其编码的蛋白质功能在细胞内被激活。

异质核糖核蛋白C生理功能、在肿瘤发生发展及治疗中的作用研究进展

异质核糖核蛋白C(HNRNPC)是一类RNA结合蛋白,通过抑制mRNA前体(pre-mRNA)特定的3’剪接位点调节pre-mRNA可变剪接,并与Poly(A)位点附近富含U(尿苷)的区域结合调节pre-mRNA选择性多聚腺苷酸化,作为N6-甲基腺苷(m6A)“读取器”参与m6A修饰过程。HNRNPC在多种肿瘤中呈异常高表达状态,作为促癌因子通过与其下游靶点或与其他肿瘤相关蛋白相互作用,促进肿瘤细胞恶性增殖、侵袭和转移。在肿瘤治疗过程中,HNRNPC诱导肿瘤细胞耐药,增加肿瘤细胞辐射抗性,抑制HNRNPC则恢复肿瘤细胞对化学药物及放射治疗的敏感性。

切割与多聚腺苷酸化特异因子与肿瘤相关研究进展

在人类实体肿瘤中,首选治疗方法是手术切除,但多数临床确诊的肿瘤患者已处于中晚期,失去了手术机会.切割与多聚腺苷酸化特异因子是参与mRNA 3＇端的切割和多聚腺嘌呤poly （A）尾的添加,在mRNA成熟和细胞信号转导过程中扮演着重要的角色.在某些条件下,切割与多聚腺苷酸化特异因子表达的异常能导致癌基因的激活,进而引起肿瘤的发生.本文就切割与多聚腺苷酸化特异因子与肿瘤相关研究进行综述.

缢蛏多巴胺受体基因及其在损伤修复中的作用

多巴胺受体(dopamine receptor)作为生物体中重要的神经递质受体,在生物体的生长、发育、代谢等多个生理过程中都发挥着重要的功能。本研究从缢蛏Sinonovacula constricta转录组文库中筛选获得多巴胺受体基因的部分片段,结合RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术和降落PCR(polymerase chain reaction)技术,克隆得到缢蛏两个多巴胺受体的选择性多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)的变异体,命名为ScDopR2a和ScDopR2b,长度分别为1824bp和2758bp。两个变异体均包含相同的5′非翻译区(untranslated regions,UTR)(24bp)和开放阅读框(open reading frame,ORF)(1440bp),共编码479个氨基酸残基。但是两个变异体的3′UTR长度不同,分别为360bp和1294bp,其中ScDopR2b在polyA尾前插入936bp。在同源的ORF区设计引物,采用实时定量PCR分析多巴胺受体基因在不同组织中的表达特征,结果表明多巴胺受体基因在水管、鳃、斧足的表达量显著高于其他组织。在该基因序列3′UTR插入片段区域设计特异引物检测ScDopR2b的组织表达情况,结果表明在水管、鳃、斧足的表达量仍高于其他组织,表达趋势与ORF区大致相同。进一步设计缢蛏组织损伤实验,对进水管前端进行损伤处理,在处理后的第4h、8h、12h、24h、48h、60h和72h取样,荧光定量检测结果显示,同源区表达量在12h和48h呈上调,在8h、24h和72h下调,且ScDopR2b表达趋势与同源区表达模式大致相同。研究结果表明,缢蛏多巴胺受体参与了损伤修复过程,其表达特征可能与多巴胺作为补偿性神经递质的作用有关。

牛BBOX1基因3'UTR变异体的克隆及其多态性分析

为鉴定牛BBOX1基因选择性多聚腺苷酸化的不同变异体及其3'UTR的多态性,采用3'RACE的方法检测出BBOX1基因3个不同3'UTR全长的APA变异体,短APA变异体3'UTR长度为229 bp,长APA变异体3'UTR长度分别为664 bp和678 bp。利用SSCP与测序相结合的方法,在BBOX1基因的3'UTR中检测到10个多态性,其中7个为SNP,分别为c.12T>C、c.100A>G、c.241T>C、c.480T>C、c.557T>C、c.606T>C和c.650T>C;3个为插入或缺失突变,分别为c.28_29ins C、c.434_435del GT和c.512_513ins TGC。SNP c.650T>C定位在Poly(A)加尾信号PAS3中,使加尾信号序列AAUAAA突变成AACAAA,导致3'UTR长度为678 bp的变异体出现。

牛Basigin基因变异体的克隆与鉴定

为了研究牛Basigin(BSG)基因是否存在变异体,采用3′RACE和测序技术对牛的BSG基因进行克隆和鉴定,成功克隆出了牛BSG基因4条转录本的3′端片段,分别命名为BSG-v1、BSG-v2、BSG-v3和BSG-v4,其中BSG-v2、BSG-v3和BSG-v4是新发现的牛BSG基因变异体。研究表明,BSG-v2在第7外显子处发生了3′端可变剪接,导致BSG-v2的外显子7比BSG-v1的短了515 bp,但没有改变BSG基因的开放阅读框;BSG-v3和BSG-v4都发生了选择性多聚腺苷酸化,由于没有外显子7,导致产生了更短的3′UTR,说明牛的BSG基因存在不同形式的变异体,这为进一步研究牛BSG基因在不同生物学过程中的功能提供了分子生物学基础。