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Nature:首次发现非编码性反义RNA也能够促进蛋白表达

来源:生物谷 2012-10-18 10:06

2012年10月18日 讯 /生物谷BIOON/ --在研究帕金森病时,一个国际研究小组取得一项能够改善用于疾病治疗的工业化蛋白合成的发现:他们成功地发现一种被称作反义RNA(antisense RNA)的非编码性RNA的新功能:它能够增强编码性基因(coding gene)的蛋白合成活性。

人基因组中,除了大约有2.5万个编码性RNA序列之外,还拥有数量更为庞大的非编码性RNA。这些非编码性RNA中的一些是反义RNA,这是因为它们与被称作正义RNA(sense RNA)的编码性RNA序列互补。

来自日本理化研究所组学科学中心(RIKEN Omics Science Center)的研究人员之前发现很多蛋白编码基因拥有相应的反义RNA。在这项当前研究中,在意大利的里雅斯特大学研究人员的合作下,他们如今发现一种特殊类型的反义RNA促进与它们的序列存在重叠的蛋白编码mRNA的翻译。这与当前的观点---反义RNA总是与对蛋白翻译的负调控相关联---形成鲜明的对照。

在基于日本理化研究院FANTOM正义-反义cDNA克隆序列的研究中,研究人员发现一类非编码性反义RNA确实与当前所认为的功能相反:当它们与正义RNA结合时,能够促进mRNA翻译。研究人员是通过研究小鼠基因Uchl1 mRNA的反义RNA而鉴定出这种功能。基因Uchl1参与大脑功能和神经退化性疾病,而且发生突变的基因Uchl1与一些遗传性帕金森病相关联。研究人员利用生物信息学和数据挖掘方法还发现Uchl1的反义RNA并不是个案,相反只是一类更大的促进蛋白表达的哺乳动物反义RNA中的一个代表。这是首次在小鼠和人细胞中报道反义RNA增加蛋白表达,而且根据预测,它们也在其他有机体中具有类似的功能。

这种促进蛋白翻译的机制是基于增加mRNA与核糖体的结合来完成的,Uchl1反义RNA中的一个被称作SINEB2元件的重复序列调控这种结合,其中这种SINEB2元件在这种非编码性反义RNA中是反向定位的。一段短的反义RNA序列与蛋白编码mRNA的初始序列部分特异性地杂交在一起,从而促进mRNA与核糖体结合和蛋白翻译。(生物谷Bioon.com)

Long non-coding antisense RNA controls Uchl1 translation through an embedded SINEB2 repeat

Claudia Carrieri,1, 11 Laura Cimatti,1, 11 Marta Biagioli,1, 2 Anne Beugnet,3 Silvia Zucchelli,1, 2 Stefania Fedele,1 Elisa Pesce,3 Isidre Ferrer,4 Licio Collavin,5, 6 Claudio Santoro,7 Alistair R. R. Forrest,8 Piero Carninci,8 Stefano Biffo,3, 9 Elia Stupka10 & Stefano Gustincich

Most of the mammalian genome is transcribed1, 2, 3. This generates a vast repertoire of transcripts that includes protein-coding messenger RNAs, long non-coding RNAs (lncRNAs) and repetitive sequences, such as SINEs (short interspersed nuclear elements). A large percentage of ncRNAs are nuclear-enriched with unknown function4. Antisense lncRNAs may form sense–antisense pairs by pairing with a protein-coding gene on the opposite strand to regulate epigenetic silencing, transcription and mRNA stability5, 6, 7, 8, 9, 10. Here we identify a nuclear-enriched lncRNA antisense to mouse ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (Uchl1), a gene involved in brain function and neurodegenerative diseases11. Antisense Uchl1 increases UCHL1 protein synthesis at a post-transcriptional level, hereby identifying a new functional class of lncRNAs. Antisense Uchl1 activity depends on the presence of a 5′ overlapping sequence and an embedded inverted SINEB2 element. These features are shared by other natural antisense transcripts and can confer regulatory activity to an artificial antisense to green fluorescent protein. Antisense Uchl1 function is under the control of stress signalling pathways, as mTORC1 inhibition by rapamycin causes an increase in UCHL1 protein that is associated to the shuttling of antisense Uchl1 RNA from the nucleus to the cytoplasm. Antisense Uchl1 RNA is then required for the association of the overlapping sense protein-coding mRNA to active polysomes for translation. These data reveal another layer of gene expression control at the post-transcriptional level.

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