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NAR:植生生态所科研人员发现RNA剪接保真性调控新机制

来源:植生生态所 2013-03-20 10:15

近日,Nucleic Acids Research杂志在线发表了中科院上海生科院植物生理生态所徐永镇研究组关于ATP水解酶Prp28调控RNA剪接保真性机制的研究成果。

内含子的去除由RNA剪接催化完成,是基因表达过程中一个重要的环节。内含子序列包含三个保守的RNA区域:5’剪接位点(splicesite,SS)、剪接支点和3’剪接位点。这些序列有一定的保守性(GU—A—AG),但同时又有很大的灵活性。剪接体是一个动态的大分子RNA-蛋白复合物,它的组装和催化涉及到复杂的RNA-RNA和RNA-蛋白相互作用,这些过程中发生的微小错误都可能使内含子不被正确识别,从而导致剪接紊乱,发生碱基插入、删除或移码突变等错误。已知15%以上的人类疾病是由于RNA剪接紊乱导致的,因此RNA剪接保真性(splicingfidelity)机制研究具有重要的意义。属于ATPase/RNAhelicase的一类剪接因子利用水解ATP的能量,解开RNA-RNA双螺旋结构或移除与RNA相互作用的蛋白,促进剪接体组装过程中的构象重排,研究人员这些ATP水解酶都参与了RNA剪接保真性的调控。

尽管已有的遗传学证据表明ATP水解酶Prp28在剪接体形成过程中促进了5'SS–U1snRNA双螺旋结构向5'SS–U6snRNA双螺旋结构的转换过程,但是Prp28是否参与调控了5'剪接位点区域的保真性尚不清楚。徐永镇课题组通过一系列的遗传学筛选,分离得到了能够提高次优5'剪接位点底物(suboptimal5’SSsubstrate)剪接效率的prp28突变体,证明Prp28能够调控内含子5'SS的剪接保真性。更为重要的是发现Prp28的调控功能只与5'SS:U6双螺旋结构稳定性有关,而与5'SS:U1双螺旋结构稳定性无关。进一步的研究表明Prp28通过ATP水解促进的构象变化与5'SS–U6snRNA的配对速率相互竞争,与U6snRNA配对速率相对较慢的次优5'SS底物的剪接过程可以通过降低Prp28的水解酶活力得到恢复。此外,通过在酵母和果蝇S2细胞中的报告基因检测证实Prp28的E404残基对剪接效率的维持也至关重要,首次揭示了ATP水解酶的核心结构域linker序列具有调节剪接保真性和剪接效率的双重功能。

该研究主要由博士生杨斐在徐永镇研究员的指导下完成,受到中科院、国家自然基金委和科技部的资助。(生物谷Bioon.com)

Prp28调控5'SS剪接保真性的动力学模型

Splicing proofreading at 5′ splice sites by ATPase Prp28p

Fei Yang,Xiu-Ye Wang,Zhi-Min Zhang,Jia Pu,Yu-Jie Fan,Jiahai Zhou,Charles C. Query and Yong-Zhen Xu

Fidelity and efficiency of pre-mRNA splicing are critical for generating functional mRNAs, but how such accuracy in 5′ splice site (SS) selection is attained is not fully clear. Through a series of yeast genetic screens, we isolated alleles of prp28 that improve splicing of suboptimal 5′SS substrates, demonstrating that WT-Prp28p proofreads, and consequently rejects, poor 5′SS. Prp28p is thought to facilitate the disruption of 5′SS–U1 snRNA pairing to allow for 5′SS–U6 snRNA pairing in the catalytic spliceosome; unexpectedly, 5′SS proofreading by Prp28p is dependent on competition with the stability of the 5′SS:U6 duplex, but not the 5′SS:U1 duplex. E404K, the strongest prp28 allele containing a mutation located in the linker region between adenosine triphosphatase (ATPase) subdomains, exhibited lower RNA-binding activity and enhanced splicing of suboptimal substrates before first-step catalysis, suggesting that decreased Prp28p activity allows longer time for suboptimal 5′SS substrates to pair with U6 snRNA and thereby reduces splicing fidelity. Residue E404 is critical for providing high splicing activity, demonstrated here in both yeast and Drosophila cells. Thus, the subdomain linker in Prp28p plays important roles both in splicing efficiency across species and in proofreading of 5′SS.

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