子科生物報道:復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國家重點實驗室任國棟研究員課題組在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為《雙鏈RNA結(jié)合蛋白HYL1保護miRNA前體分子免受核內(nèi)外切體攻擊》“Hyponastic Leaves 1 protects pri-miRNAs from nuclear exosome attack”的研究論文。該研究揭示了擬南芥雙鏈RNA結(jié)合蛋白 HYL1在 miRNA加工成熟過程中保護底物分子（pri-miRNA及其加工過程中間產(chǎn)物）免受核酸外切體（exosome）攻擊的新機制，并發(fā)現(xiàn)HYL1可能在DCL1介導(dǎo)的由環(huán)到基部（Loop-to-base）和基部到環(huán)（Base-to-loop）成熟的pri-miRNAs 加工過程中發(fā)揮不同作用。

miRNA是一類長度在20-24堿基的內(nèi)源小分子RNA，在動植物生長發(fā)育、細胞命運決定和轉(zhuǎn)換、以及環(huán)境應(yīng)答等幾乎所有生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。miRNA初級轉(zhuǎn)錄本（稱為pri-miRNA）可以折疊成莖區(qū)不完全配對的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可被RNase III家族核酸內(nèi)切酶識別并切割后釋放出成熟的雙鏈miRNA/miRNA*。和動物相比，植物 pri-miRNA的莖環(huán)區(qū)長度變異更大（從60 nt到超過500 nt，動物中一般為~70 nt），從而增加了莖環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因此植物除了經(jīng)典的基部到環(huán)的加工方式，不少miRNA以環(huán)到基部的切割方式成熟，有些長的pri-miRNA還存在兩次以上的連續(xù)切割 。

在植物中，DCL1在HYL1和鋅指蛋白SE等的幫助下負責絕大多數(shù)miRNA的加工成熟。HYL1被認為是DCL1最重要的伴侶分子，推測其在miRNA加工過程中的功能類似于動物miRNA生成中Drosha的伴侶蛋白DGCR8和Dicer的伴侶蛋白TRBP。已有的研究表明HYL1有助于提高DCL1加工的效率和準確性，但其具體的作用機制以及HYL1是否還有其他生物學(xué)功能仍不清楚。

外切體是生物體最主要的負責各類RNA降解的蛋白質(zhì)機器，在rRNA加工成熟、正常RNA周轉(zhuǎn)降解以及非正常RNA（如錯誤轉(zhuǎn)錄本、RNA加工副產(chǎn)物、靶基因切割產(chǎn)物等）的及時清除等細胞基本生命活動過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。外切體核心復(fù)合物共含9個蛋白（Exosome 9，exo9），在古菌和真核生物中高度保守。核心復(fù)合物通過與不同輔助因子互作參與不同RNA底物的識別和降解。根據(jù)亞細胞定位的不同，外切體可分為胞質(zhì)外切體與核內(nèi)外切體，核內(nèi)外切體又分為核仁外切體與核質(zhì)外切體。RNA解旋酶SKI2、MTR4以及HEN2分別是胞質(zhì)外切體、核仁外切體與核質(zhì)外切體的重要輔助成員。

研究通過正向遺傳學(xué)篩選hyl1-2的表型抑制子，結(jié)合圖位克隆分離鑒定到核質(zhì)外切體的另一輔助因子SOP1。SOP1蛋白C端含有5個串聯(lián)的CCCH型鋅指結(jié)構(gòu)，可能與RNA結(jié)合有關(guān)。SOP1與HEN2共定位，參與部分核質(zhì)外切體靶標RNA的降解。在hyl1-2中引入HEN2的突變同樣可以顯著抑制hyl1-2的發(fā)育缺陷，表明SOP1和HEN2很可能是通過外切體途徑參與miRNA調(diào)控的 。通過對miRNA以及pri-miRNA的聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，hyl1 sop1 雙突變體中加工方向為環(huán)到基部的pri-miRNA較hyl1有更高的積累，對應(yīng)成熟miRNA表達水平得到了顯著回復(fù)，表明SOP1選擇性參與hyl1突變體中加工方向為環(huán)到基部的pri-miRNA降解。

令人驚訝的是，hyl1 hen2雙突變體中幾乎所有的pri-miRNA均顯著累積，但是只有環(huán)到基部成熟的miRNA得到了回復(fù)。該研究結(jié)果表明當HYL1缺失時，環(huán)到基部加工的pri-miRNA的更多累積可以促進miRNA的生成，而基部到環(huán)加工的pri-miRNA則不能。加工復(fù)合體成員SE能夠與HEN2相互作用，猜測可能在招募外切體中發(fā)揮功能。

該研究揭示了外切體在pri-miRNA生物發(fā)生中的監(jiān)控作用以及加工復(fù)合體核心成員HYL1的保護功能，拓展了我們對于加工過程中pri-miRNA質(zhì)量控制機制的認識。此外，該研究還系統(tǒng)鑒定了受HEN2、SOP1影響的差異表達基因，這些基因可作為核質(zhì)外切體功能的標志基因。

任國棟課題組博士后高帥（現(xiàn)工作于廣東省生物工程研究所）、博士研究生王鏡諭以及生命學(xué)院姜寧青年副研究員為本文的共同第一作者，任國棟研究員為通訊作者，復(fù)旦大學(xué)為第一單位。遺傳工程國家重點實驗室常芳教授、王應(yīng)祥教授以及蒯本科教授團隊參與了本項目的研究；晶能生物技術(shù)(上海)有限公司提供了測序方面的技術(shù)支持。該研究受國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃項目資助。

原文標題：

Hyponastic Leaves 1 protects pri-miRNAs from nuclear exosome attack