生化与细胞所研究员揭示细胞核亚结构小体调控mRNA核滞留机制并获领域同行专评

国际学术期刊Genes & Development于2015年03月15日发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组的最新研究成果“Protein arginine methyltransferase CARM1 attenuates the paraspeckle-mediated nuclear retention of mRNAs containing IRAlus”。研究阐明蛋白精氨酸甲基转移酶CARM1，通过甲基化细胞核亚结构paraspeckle小体的核心蛋白组分p54nrb，并同时抑制paraspeckle骨架长非编码RNA NEAT1的转录，协同调控滞留在paraspeckle中的含反向重复Alu序列（IRAlus）mRNA在不同生理条件下的出核活动。该研究工作获得领域专家美国科学院院士Lynne E. Maquat的Perspective专评推荐（Elbarbary & Maquat. Genes Dev, 2015, 29:687–689），指出该项研究揭示了含有IRAlus序列mRNA从细胞核亚结构小体paraspeckle转运出核的两种调控途径。

哺乳动物细胞核是细胞内最复杂的细胞器，不仅含有遗传物质染色体，也包含具有不同组分和功能的细胞核亚结构。Paraspeckle是2002年发现并命名的细胞核亚结构，由长非编码RNA NEAT1和DBHS家族蛋白PSP1a, p54nrb 和 PSF等共同组成。NEAT1作为paraspeckle的骨架分子，决定该细胞核亚结构小体的形成。之前的研究发现，paraspeckle的重要功能之一是通过核心蛋白p54nrb参与调控3’UTR区域含有IRAlus的mRNA的核滞留。当细胞受到刺激时，这些核滞留的mRNA会被运出细胞核进行翻译；研究还发现人源胚胎干细胞中缺少该调控对于细胞干性维持很重要（Chen and Carmichael, Mol Cell, 2009)。但是目前对于这一过程是如何调控的仍然未知。

本研究首次发现蛋白精氨酸甲基转移酶CARM1定位于paraspeckle中并甲基化p54nrb碳端的多个精氨酸残基。敲低CARM1会增加含IRAlus的mRNA在paraspeckle中的核滞留并促进p54nrb与含IRAlus的mRNA结合。进一步的研究发现，p54nrb碳端的coiled coil 结构域是结合双链RNA（IRAlus为双链RNA结构）所必需的。而CARM1通过甲基化p54nrb coiled coil 结构域附近的3个甲基化位点抑制p54nrb与双链RNA的结合。同时，CARM1作为转录辅因子结合在长非编码RNA NEAT1启动子（promoter）区域并抑制其转录，进而减少paraspeckle的形成。因此，CARM1通过甲基化p54nrb和抑制NEAT1转录这两个层面来调控paraspeckle所介导的含IRAlus的mRNA在细胞核中的滞留。当细胞受到外界刺激时（如poly(I:C)），CARM1在paraspeckle以及NEAT1启动子上的定位减少，导致p54nrb甲基化水平降低，NEAT1表达升高， 细胞核亚结构paraspeckle小体增多，进而抑制这类mRNA的出核和翻译（如图）。该研究阐明了细胞核亚结构paraspeckle小体调控mRNA出核之谜，丰富了人们对paraspeckle功能、蛋白质翻译后修饰调控蛋白质-RNA复合物、长非编码RNA的转录以及基因表达调控的认识。

该课题在陈玲玲研究员指导下，主要由博士研究生胡世斌完成，并得到了The University of Texas MD Anderson Cancer Center程东航博士的大力支持；中科院上海生科院计算生物所杨力研究员和生化与细胞所黄超兰研究员也参与了部分工作。该课题得到了国家基金委、科技部和中科院等机构的经费支持。 （生化与细胞所）