深圳子科生物報(bào)道：人和鼠的基因組擁有大量的非編碼核酸序列。非編碼RNA在細(xì)胞核染色質(zhì)上的定位與其調(diào)控功能緊密相關(guān)。相比細(xì)胞質(zhì)定位的蛋白編碼信使mRNA，眾多的非編碼RNA，比如長鏈非編碼lncRNA、和啟動子和增強(qiáng)子調(diào)控元件關(guān)聯(lián)的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄本（uaRNA、eRNA），更傾向于結(jié)合在染色質(zhì)上參與調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄和RNA加工等過程【1-3】。盡管零星報(bào)導(dǎo)少數(shù)RNA核滯留的現(xiàn)象，但為何大部分lncRNA會滯留于染色質(zhì)上行使調(diào)控功能，仍是個(gè)不解之謎。

  上世紀(jì)80年代初，Joan Steitz通過系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者血液抗體分離提取 U1、U2、U4、U5和U6小核糖核蛋白粒子(又稱為 snRNP)，揭示了它們參與RNA剪接的經(jīng)典功能【4,5】。近年來施一公團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)報(bào)導(dǎo)了真核生物剪切體的原子結(jié)構(gòu)和生化功能。然而，一直讓人困惑的是，細(xì)胞內(nèi)U1 snRNP的數(shù)量為什么比其它剪接相關(guān)snRNP高 2-5倍【6】。雖然Gideon Dreyfuss和Phil Sharp等團(tuán)隊(duì)曾揭示U1 snRNP調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止和方向的非經(jīng)典功能【7,8】，U1 snRNP在細(xì)胞中的豐富存在仍然是一個(gè)讓人困惑的問題。

  2020年3月11日，生命中心PI沈曉驊在Nature雜志上在線發(fā)表了題為 “U1 snRNP regulates chromatin retention of noncoding RNAs”的研究論文，首次揭示U1 snRNP廣泛調(diào)控非編碼RNA在染色質(zhì)上的結(jié)合和移動的新機(jī)制。

  作者首先建立和運(yùn)用一套新穎的mutREL-seq方法來高精度篩選調(diào)控RNA定位的關(guān)鍵序列，意外發(fā)現(xiàn)了U1 snRNP識別位點(diǎn)參與調(diào)控候選RNA的染色質(zhì)滯留。相比于蛋白編碼基因，lncRNA轉(zhuǎn)錄本含有更多的U1識別位點(diǎn)（同時(shí)也是潛在的5’剪接供體位點(diǎn)），而其基因組區(qū)域具有更少的3’剪接受體位點(diǎn)。并且U1 snRNP更高水平地結(jié)合在lncRNA上。

  隨后，作者分別使用antisense morpholino oligos(AMO)和AID（auxin-induced degron）誘導(dǎo)蛋白降解系統(tǒng)，來抑制U1 snRNA和核心蛋白組分SNRNP70的功能。作者發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞中近一半的lncRNA受U1 snRNP調(diào)控。另外，與轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件關(guān)聯(lián)的不穩(wěn)定非編碼轉(zhuǎn)錄本如uaRNA、eRNA等，它們的染色質(zhì)結(jié)合在U1 snRNP抑制后也顯著下降。作者進(jìn)一步證明了U1 snRNP直接調(diào)控成熟lncRNA與染色質(zhì)的結(jié)合，而不是通過影響RNA合成、加工或降解過程的動態(tài)變化所產(chǎn)生的間接影響。

  機(jī)制上，作者鑒定了U1 snRNP在染色質(zhì)上的互作蛋白，發(fā)現(xiàn)U1 snRNP結(jié)合特定磷酸化狀態(tài)的RNA轉(zhuǎn)錄聚合酶II（Pol II）。轉(zhuǎn)錄抑制明顯降低了U1 snRNP及其所調(diào)控的非編碼RNA與染色質(zhì)的結(jié)合，表明U1 snRNP通過與磷酸化的Pol II互作來介導(dǎo)其互作RNA與染色質(zhì)的結(jié)合。

  最后，作者通過以lncRNA Malat1為例，進(jìn)一步驗(yàn)證了U1 snRNP對其染色質(zhì)結(jié)合的調(diào)控作用。去除SNRNP70后，絕大部分Malat1 “核斑”定位信號消失，并彌散在核質(zhì)及細(xì)胞質(zhì)中。同時(shí)，Malat1在活躍表達(dá)基因染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)合信號顯著下降，表明U1 snRNP不僅可以將Malat1滯留在染色質(zhì)上，同時(shí)也參與調(diào)控后者在染色質(zhì)上的移動及其與靶基因的結(jié)合。

  綜上，作者提出如下模型：5’和3’剪接位點(diǎn)在lncRNA上的不對稱分布，致使U1 snRNP持續(xù)結(jié)合在lncRNA轉(zhuǎn)錄本上，而不能通過RNA剪接過程釋放，從而介導(dǎo)了lncRNA的染色質(zhì)滯留。磷酸化Pol II進(jìn)一步介導(dǎo)了lncRNA-U1 snRNP復(fù)合體在染色質(zhì)上的移動（mobilization）。對于大多數(shù)低豐度、不穩(wěn)定的lncRNA，它們只能靶向結(jié)合鄰近的染色質(zhì)區(qū)域（順式cis作用）；而對于少數(shù)穩(wěn)定和高豐度的lncRNA，如Malat1，U1 snRNP促進(jìn)了其遷移和結(jié)合更多的靶基因區(qū)域（反式trans作用）。

  該工作不僅揭示了U1 snRNP介導(dǎo)非編碼RNA在染色質(zhì)上功能和調(diào)控的新模式，而且拓寬了U1 snRNP這一被廣泛研究的小核糖核蛋白粒子的新穎功能。

  據(jù)悉，清華大學(xué)沈曉驊實(shí)驗(yàn)室的尹亞飛博士為該論文的第一作者，博士生盧雨陽，張雪純，邵雯和洪彥濤等參與了此工作，論文的其他作者還包括清華大學(xué)的張強(qiáng)鋒教授及其博士生李盼，中國科技大學(xué)的單革教授，以及美國Rutgers New Jersey Medical School的田斌教授。尹亞飛博士和沈曉驊教授為該論文的共同通訊作者。

  沈曉驊實(shí)驗(yàn)室主要致力于探索基因組中非編碼核酸序列如何調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)的新機(jī)制。包括從系統(tǒng)和分子水平上研究非編碼RNA、基因組重復(fù)序列和RNA結(jié)合蛋白，影響轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的新模式；從獨(dú)特的視角來揭示干細(xì)胞多能性和細(xì)胞命運(yùn)決定的普適性規(guī)律。近年來主要成果包括：認(rèn)識非編碼RNA調(diào)控鄰近基因轉(zhuǎn)錄是一種普遍模式，為lncRNA功能預(yù)測提供概念性突破（Cell Stem Cell，2015 和2016; Development,2019; JMCB,2019）；非編碼RNA和RNA結(jié)合蛋白廣泛結(jié)合于人和鼠的基因組，它們在轉(zhuǎn)錄過程中被招募到染色質(zhì)上，并反饋調(diào)控轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)結(jié)構(gòu) （Mol Cell,2019; Cell Reports,2020; Nature,2020）（Mol Cell丨清華沈曉驊團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)參與胚胎干細(xì)胞多能性維持和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的新分子）；以及基因組重復(fù)序列協(xié)同調(diào)控基因表達(dá)和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的新穎功能 (Cell Reports,2020)（Cell Reports | 沈曉驊團(tuán)隊(duì)揭示重復(fù)序列對宿主基因組結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控作用）。沈曉驊現(xiàn)為生命中心PI、清華大學(xué)長江學(xué)者特聘教授、清華醫(yī)學(xué)院長聘副教授，是國家杰出青年基金獲得者和《Cell Reports》編委會委員。

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