陈玲玲等发现长非编码RNA在细胞核仁中的机制

陈玲玲博士正在介绍相关研究成果

中科院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组在最新的一项研究中揭示了细胞核仁里长非编码RNA SLERT在RNA聚合酶I转录过程中的重要功能和作用机制。5月5日，相关研究成果发表于国际著名学术期刊《细胞》(Cell)杂志。

曾一度被认为是人类基因“暗物质”的长非编码RNA，其家族中不少成员已被证明广泛参与各种重要生命活动的调控。在这项研究中，陈玲玲研究组运用前期创建的无poly(A)尾巴RNA分离和测序技术发现了一条全新的长非编码RNA，这是首次在人类细胞中发现可以调控RNA聚合酶转录的长非编码RNA。该项研究成果还一并阐释了此RNA与众不同的功能，拓展了长非编码RNA的作用机制。

细胞核仁位于细胞核中，是RNA聚合酶I转录核糖体RNA (rRNA) 以及rRNA加工的重要场所。rRNA转录是将核糖体DNA (rDNA) 转变成rRNA的过程。作为细胞内含量最多的一类RNA，rRNA的转录失调与疾病发生密切关联，转录不足易导致骨髓衰竭性贫血，转录过多则易引发多种癌症。

“这次研究中发现的全新长非编码RNA，我们根据其结构特性和功能将其命名为SLERT。”陈玲玲研究员介绍说，研究人员利用基因编缉技术精确敲除位于细胞核仁中的SLERT后发现，SLERT的缺失导致了RNA聚合酶I转录活性的降低。为进一步研究其中的机理，研究人员观察到，存在于细胞核仁中的RNA解旋酶DDX21围绕RNA聚合酶I形成直径约为400nm的环状结构，这个环状结构将RNA聚合酶I“围困”在其中，其“包围圈”大小直接影响RNA聚合酶I转录的活性。深入的研究表明，SLERT可以与DDX21结合改变DDX21的蛋白构象，从而调整DDX21环的大小。SLERT缺失会让环变小导致RNA聚合酶I的功能发挥受到阻碍，反之当环变大时就可以解除DDX21环对RNA聚合酶I的抑制。

人体细胞中含有约400个拷贝的核糖体DNA (rDNA) 序列，但仅有一半可以转变成rRNA，导致这种rRNA转录差异的原因是什么？陈玲玲研究组对于SLERT的研究也就此提出了一种新的机制，即通过SLERT－DDX21环对RNA聚合酶I转录调控进而控制rRNA转录差异。

同时，研究人员还发现敲除SLERT可以抑制模型小鼠体内的肿瘤生长速度，注入敲除SLERT的肿瘤细胞到小鼠，其体内肿瘤的生长速度要低于注入普通肿瘤细胞的小鼠，这也为相关肿瘤的靶向治疗提供了新的靶标。

专家认为，这项研究阐释了细胞仁中蛋白、DNA和RNA之间的分子机制，解析了DDX21环的大小对于RNA聚合酶I转录的调控机制以及SLERT对DDX21环的控制作用，以崭新的视角揭示了RNA聚合酶I转录的新机制，也为深入研究细胞核仁结构及功能提供了新方向。

据悉，这项研究还得到中科院－马普计算生物学所杨力研究员的大力帮助，以及植物生理生态所细胞分析技术平台、生化与细胞所细胞分析技术平台和动物实验技术平台的大力支持。经费支持来自科技部、基金委和中科院。