Nat Struct Mol Biol |
核旁斑组装转录本1(NEAT1)是一种高度丰富且保守的长链非编码 RNA(lncRNA),从多发性内分泌肿瘤(MEN)基因座转录,编码 NEAT1-1(或 MEN-ε,~3.7 kb)和 NEAT1-2(或 MEN- ,~22.7 kb)。NEAT1-2 lncRNA是核旁斑(paraspeckles)的主要结构支架。它招募多种 RNA 结合蛋白(RBP),包括 NONO、SFPQ、FUS 和 TDP43,驱动液-液相分离(LLPS)并塑造这种动态、无膜、和分层的核体。通过组织和调控核内多种重要RBP的定位和富集,NEAT1 在调节染色质状态、转录、剪接、RNA 加工和稳定性【1, 2】,以及在器官发育、神经变性、抗病毒和癌症中发挥多种功能【3, 4】。
NEAT1,MALAT1,以及其他至少130个后生动物的lncRNA 缺失稳定多数mRNA的 3 poly(A) 尾。这些lncRNA则利用它们3 末端的稳定RNA三螺旋(triplex)结构以免受外切核酸酶快速降解【5, 6】。NEAT1 和 MALAT1的前体均通过模仿tRNA结构以招募RNase P切割其5 引导序列,产生成熟lncRNA。与此同时,被RNase P切割后的tRNA类似结构生成两个新的小非编码RNA,被分别命名为mascRNA(来自MALAT1)和menRNA(来自NEAT1)【7】。随后,ELAC2(ElaC同源蛋白2,或RNase Z)去除menRNA 的3 尾部,然后CCA-添加酶对mascRNA 和menRNA添加3 CCA尾。这里,有趣的是mascRNA仅接收一次CCA 添加,形成类似tRNA的正常3 CCA末端尾。然而menRNA 连续接受两次CCA加尾,形成较长的CCACCA尾,造成了核酸外切酶的a招募而在胞内快速降解【8】。
目前为止menRNA 的三维结构仍然未知。关于menRNA重复加尾的分子机制,一个从蛋白质角度出发的 分子台虎钳(molecular vise) 模型提出,在第一次添加 CCA 时,CCA添加酶的 头部 区域通过自身的螺旋运动并协同在远端静态固着在menRNA臂肘(elbow)的 尾部 区域对menRNA或者有结构缺陷的tRNA进行旋转性的机械压缩,造成menRNA局部构象变化,产生一个三个碱基长的侧面凸起,剩余的碱基重新配对,从而实现RNA底物重置,可以重复添加 CCA【9】。然而,目前尚不清楚menRNA是否只是被动地被蛋白酶操控,或者通过调控其自身构象从而指导蛋白酶的功能,以决定其自身的命运。并且,上述模型中蛋白机械做功的能量来源,以及此酶需要对RNA施加多大的扭矩来驱动其构象改变,并不明确。
2024年7月18日,美国国立卫生研究院(NIH)资深研究员张金伟研究组在Nature Structural Molecular Biology杂志上再次发表题为Structural basis of NEAT1 lncRNA maturation and menRNA instability的文章解析首个menRNA晶体结构。menRNA结构和张金伟研究组最近报道的mascRNA结构整体相当类似【10】,但是在氨基酸接受茎环区域有序列上,结构上和稳定性上的差异, 为menRNA之后发生构象变化奠定了基础。
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