NCB:韩敬东团队揭示LncRNA KCNQ1OT1抑制细胞衰老的分子机制

来源：生物世界2022-10-24 09336041

越来越多的研究表明，非编码RNA也是参与维持异染色质结构的重要因素。比如TERRA通过介导异染色质的形成来保证端粒的稳定，Xist促进X染色体的失活。

基因组结构的稳定性是细胞发挥正常生理功能所必需的。因此，基因组结构和功能的紊乱是伴随细胞衰老的普遍现象。与常染色质相比，异染色质在维持基因组结构的稳定性方面起着更重要的作用，而异染色质结构的维持依赖于特定的异染色质结合蛋白、组蛋白修饰和DNA甲基化修饰。此外，越来越多的研究表明，非编码RNA也是参与维持异染色质结构的重要因素。比如TERRA通过介导异染色质的形成来保证端粒的稳定，Xist促进X染色体的失活。然而，关于非编码RNA参与细胞衰老过程中异染色质结构变化及其机制的研究仍然有限。

2022年10月20日，北京大学韩敬东团队在《自然细胞生物学》上发表了题为《KCNQ1 OT 1通过指导RNA-DNA三链体es和HP1结合促进全基因组转座反应》的研究论文。

本文重点介绍了lncRNAKCNQ1OT1通过与HP1结合并与DNA形成三链体结构来靶向转座子元件，维持靶序列的表观遗传修饰，抑制细胞衰老。

首先，作者通过HP1 eclipse-seq鉴定了与异染色质相互作用的lncRNA KCNQ1OT1，发现抑制该lncRNA的表达会导致细胞核中异染色质凝块的增加，这与衰老细胞中观察到的异染色质状态相似。结果表明，KCNQ1OT1在维持异染色质结构的稳定性中起重要作用，因此可能参与细胞衰老过程。

为了进一步探索kcnq1t1与异染色质的相互作用机制，作者用ChIRP-seq检测了kcnq1t1结合的DNA序列。结果表明，kcnq1t1结合的DNA序列中77%为重复序列，其中以Alu(36%)和L1(18%)居多，且随着Alu和L1进化年龄的降低，kcnq1t1与其结合的可能性增加。此外，作者发现抑制KCNQ1OT1的表达会导致与KCNQ1 OT1结合的Alu和L1元件上H3K9me3和DNA甲基化修饰水平的降低。

KCNQ1OT1全长91 kb，其约55 kb的3端序列是富含Alu和L1的重复序列，而5端序列仅含有少量重复序列。对3-端和5-端区域进行大片段敲除后，发现3-端重复序列在维持异染色质结构的稳定性，特别是抑制L1转座因子的活性方面起着更重要的作用。发现敲除3-末端重复序列可以导致ssDNA的增加和L1表达的上调，以及L1元件DNA甲基化水平的降低。

由于KCNQ1OT1本身富含的重复序列和与KCNQ1OT1结合的重复序列主要是Alu和L1，作者推测KCNQ1OT1与DNA的结合是通过形成三链体结构实现的。最终的计算分析和三链体下拉的实验结果表明，KCNQ1OT1上的重复序列和DNA上的重复序列主要通过A-dA Hoogsteen的碱基配对形成三链体结构，随着进化年龄的降低，Alu和L1中包含的与KCNQ1OT1结合的形成三链体的序列数量增加。

最后，作者发现抑制KCNQ1OT1基因的表达可以引起细胞衰老相关的表型，包括衰老相关基因的上调和-半乳糖苷酶的阳性染色。相反，激活KCNQ1OT1启动子可以挽救KCNQ1OT1下调导致的L1甲基化丢失。此外，本研究发现KCNQ1OT1的表达在细胞和组织衰老过程中是动态的，在细胞衰老早期下调，在细胞衰老后期上调，可用于判断细胞衰老的进程。

图1:1:kcn Q1 ot 1参与细胞衰老的分子机制

综上所述，本研究发现KCNQ1OT1通过HP1和三链体结构与DNA相互作用，在维持异染色质结构的稳定性、靶序列的表观修饰和L1的抑制方面起着重要作用。KCNQ1OT1的缺失将导致异染色质结构的紊乱，L1表达上调，衰老表型的产生，为衰老研究提供了新的靶点。

此外，这项研究揭示了大量转座子元件保持序列特异性沉默的未解决的分子机制，即lncRNA识别了靶DNA与之形成三链体结构的序列，并促进了该序列上的DNA甲基化。该机制是第一个由类似于哺乳动物细胞中发现的CRISPR/Cas9系统的指导序列确定的表观修饰编辑系统。

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