研讨提醒胚层分解进程中的全局miRNA剂量节制机制

是真核生物中普遍存在的长约21到23个核苷酸的小核糖核酸分子，它们无奈翻译成卵白质，然则可以在转录后程度调控基因的表白。Microprocessor复合物（微处置器复合物）次要由一个DROSHA和两个DGCR8卵白构成，可以将pri-miRNA加工切割成年夜约70~90个碱基的pre-miRNA，是植物细胞miRNA生物产生进程中所必须的。乏味的是，研讨发现，位于DGCR8 mRNA 5"大众末尾的茎环（stem loop， SL）可以被Microprocessor切割，作为Microprocessor表白的自我调理机制中的一环[1， 2]。然而，相关的分子功效和生物学相关性尚不分明。miRNA在胚胎发育进程中起着症结作用，其失调也会招致癌症的产生。在分歧的组织和肿瘤中察看到miRNA整体表白量的差别，这标明准确的miRNA剂量节制在产生和生物体发育中都发扬紧张作用[3-6]，然则其调控的潜在机制仍不分明。

哈佛年夜学Richard I. Gregory与北京年夜学杜鹏课题组在Nature杂志在线颁发了题为“Global miRNA dosage control of embryonic germ layer specification”的研讨论文。该研讨发现，通过转换DGCR8分歧的启动子，可以使Microprocessor在可溶状态和凑集状态中坚持均衡，从而准确地节制全局的miRNA剂量，并在晚期胚胎发育中影响胚层的分解进程。

在本研讨任务中，作者次要有以下发现：

1、DGCR8 mRNA存在跳过第一个茎环构造的选择性转录

通过火析RNA-seq数据，作者不测地发现了一个没有第一个外显子的DGCR8 mRNA的短亚型，该亚型在小鼠胚胎(mouse embryonic stem cell，mESC)向拟胚体(embryoid body， EB)分解的第4天初次呈现，与两个预测的可变启动子地位相符。5公众RACE (5公众 Rapid Amplification of cDNA End) 试验也证实mESC中DGCR8 mRNA的5公众 末尾次要是已正文的类型，然而在EB细胞中（第13天）约有一半的5公众 末尾是跳过第一个茎环构造(SL1) 的短亚型（图1）。由此得悉DGCR8在mESC分解进程中存在选择性转录肇端（alternative transcription initiation， ATI）。

作者推测由ATI惹起的SL1跳跃性能够会影响Microprocessor的自我调理机制。为了验证这一点，他们构建了ΔSL1细胞系。与WT细胞相比，ΔSL1细胞中DGCR8和DROSHA卵白均有显着积聚。然而DGCR8卵白的积聚量是DROSHA卵白的3倍，招致DGCR8卵白适量，卵白比例失调。联合其他试验成果可以得悉，位于5公众UTR的SL1担任Microprocessor的自我调理，以坚持准确的DGCR8：DROSHA化学计量。

2、适量的DGCR8卵白招致Microprocessor产生不行逆的相变

因为年夜分子的相拆散影响各类生化反馈[7， 8] ，而且化学计量对生物分子凝集物的造成很紧张[9]，作者接上去探讨了Microprocessor能够存在的相拆散征象。作者发现， Microprocessor在ΔSL1细胞中造成了许多显明拆散的不行逆的puncta， 但WT细胞中没有。接上去作者进一步在体外验证了Microprocessor的相拆散征象。因为构造研讨标明一个Microprocessor由两个DGCR8和一个DROSHA卵白组成，作者将rDRCG8和rDROSHA先以2：1的比例混合，没有检测到显明的相拆散。而在DGCR8：DROSHA比值为4：1和6：1的混合物中，呈现了许多显明的Microprocessor不行逆的凑集。综上所述，受调控的DGCR8：DROSHA化学计量比关于维持Microprocessor的可溶性是紧张的，但转录后自我调理机制的毁坏招致DGCR8：DROSHA化学计量失衡，间接招致Microprocessor造成缺乏流动性的不行逆凑集（图2）。

3、miRNA剂量节制机制——选择性转录介导的Microprocessor自我调理机制

为了进一步探求Microprocessor不行逆的凑集对其功效的影响，作者进行了切割活性试验。成果发现，适量的rDGCR8卵白（4：1和6：1）克制了Microprocessor对pri-miRNA的切割。使用从WT和ΔSL1细胞制备的细胞裂解液进行的体外切割试验也标明，与WT细胞相比，来自ΔSL1的细胞裂解液对pri-miRNA的切割活性下降。以上数据标明Microprocessor的凑集克制了其对pri-miRNA的加工处置才能。此外，与WT细胞相比，ΔSL1细胞中整体miRNA表白广泛削减，但并非完整丧失。综上所述，DGCR8 mRNA 5公众 UTR中的第一个茎环构造是维持准确的DGCR8：DROSHA化学计量比所必须的，这关于防止Microprocessor的凑集以维持miRNA的加工效率和正常品貌是必不行少的。作者将这种由选择性转录介导的Microprocessor自我调理机制叫做“ miRNA剂量节制”机制。转录组阐发显示，与WT细胞相比，ΔSL1细胞中的差别表白基因以上调为主，这与其miRNA整体表白量削减是一致的。GO阐发显示，这些基因在“脂质代谢进程”中富集。是以，miRNA剂量的整体削减解除了对胚胎中脂质代谢基因的克制（图3）。