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Cell:确定参与基因沉默的关键细胞器

来源:生物无忧 2013-04-27 09:06

RNA分子由DNA转录而成,在蛋白质生产方面发挥着众所周知的作用。然而,植物或动物体内由大约22个核苷酸组成的短RNA分子——microRNAs(miRNA),则不会编码蛋白质。它们作为基因调控因子发挥作用,影响了从发育到生理机能再到应激反应的大部分生物学过程。

MiRNAs存在于几乎每一个细胞中,并且每一个miRNA的靶标有上百种之多,它们可以抑制或沉默这些靶基因的表达。现在我们还不够了解的是miRNA抑制靶基因表达的精确过程。

现在,一个由加州大学的遗传学们领导的研究团队以拟南芥为研究对象,证明了miRNAs对靶基因表达的抑制发生在内质网(ER)上。

研究的领导者Xuemei Chen教授说:“我们的研究首次表明了ER是miRNA介导的翻译抑制发生的地方。为了理解miRNAs是如何抑制靶基因表达的,我们首先需要知道miRNA作用在细胞的什么位置。直到现在都没有人知道膜对于miRNA的活性很关键。”我们的研究表明,一个膜内在蛋白AMP1是miRNA成功抑制靶基因所必需的。因为动物中也有AMP1的同源物,因此我们在植物中得到的这一发现有着更广泛的影响。这项研究的结果被发布在Cell杂志上。

简单地说,DNA制造RNA,接着RNA制造蛋白质。具体来说,RNA编码遗传信息,这些信息可以被“翻译”成蛋白质的氨基酸序列。但是非编码RNAs是不会被翻译成蛋白质的,现在越来越多的发现表明非编码RNAs参与了许多生物学过程。MiRNAs是非编码RNA中的一种,它的主要功能是下调靶基因的表达。

自miRNAs被发现以来已有大约20年的时间,现在关于miRNAs的研究已经大大增加了。对于疾病来说,如果一些基因的表达上调或下调了,miRNA可以用于改变这些基因的表达,从而对抗疾病,因此显示出了一定的治疗潜力。

我们知道,miRNAs以两种主要方式调控基因的表达:一是使靶RNAs不稳定,导致它们的降解;二是不影响靶RNAs的稳定性,只是阻止它们翻译成蛋白质,即发挥翻译抑制作用。翻译抑制的最终结果是基因不表达,只是我们还不是太清楚miRNAs如何引起了靶基因的翻译抑制。

“我们非常惊讶的发现,ER是miRNAs翻译抑制所必需的。”Chen说,“这一新知识能加快我们对基因沉默机理的认识。基本上,现在我们知道到哪里去观察——ER,并且我们怀疑粗糙ER参与了这个过程。”

Chen解释说,ER有2种类型:粗糙和光滑。粗糙ER合成和包装蛋白质,看起来是崎岖不平的;光滑ER负责脂质合成和蛋白分泌。ER蛋白质AMP1锚定在粗糙ER上。

她说:“我们实验室已经研究AMP1很多年了,也是这种蛋白质把我们的注意力引到了ER上。首先,我们认识到,AMP1参与了miRNA介导的翻译抑制。其次,因为我们知道AMP1位于粗糙ER上,所以我们把焦点转移到了这种细胞器上。”下一步,她的实验室将破解miRNA介导的翻译抑制机制。他们还将调查miRNA是如何被招募到ER上的。(生物谷Bioon.com)

MicroRNAs Inhibit the Translation of Target mRNAs on the Endoplasmic Reticulum in Arabidopsis

Shengben Li, Lin Liu, Xiaohong Zhuang, Yu Yu, Xigang Liu, Xia Cui, Lijuan Ji, Zhiqiang Pan, Xiaofeng Cao, Beixin Mo, Fuchun Zhang, Natasha Raikhel, Liwen Jiang, Xuemei Chen

Translation inhibition is a major but poorly understood mode of action of microRNAs (miRNAs) in plants and animals. In particular, the subcellular location where this process takes place is unknown. Here, we show that the translation inhibition, but not the mRNA cleavage activity, of Arabidopsis miRNAs requires ALTERED MERISTEM PROGRAM1 (AMP1). AMP1 encodes an integral membrane protein associated with endoplasmic reticulum (ER) and ARGONAUTE1, the miRNA effector and a peripheral ER membrane protein. Large differences in polysome association of miRNA target RNAs are found between wild-type and the amp1 mutant for membrane-bound, but not total, polysomes. This, together with AMP1-independent recruitment of miRNA target transcripts to membrane fractions, shows that miRNAs inhibit the translation of target RNAs on the ER. This study demonstrates that translation inhibition is an important activity of plant miRNAs, reveals the subcellular location of this activity, and uncovers a previously unknown function of the ER.

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