Cell：新研究揭示RNA促进细胞核内空间区室的形成

2021年11月10日讯/生物谷BIOON/---人类基因组可以被认为是一个巨大的图书馆，包含超过20000本不同的“说明书”：你的基因。例如，有一些基因包含产生脑细胞、皮肤细胞和白细胞等细胞的信息。甚至还有一些基因包含关于调节基因组本身的信息，就像解释如何组织图书馆的书籍一样。调节基因表达的能力---换句话说，细胞打开或关闭一系列基因的能力，是不同细胞（如肌肉细胞或脑细胞）呈现不同形态和功能的基础。

任何图书馆要想对读者有用，就需要以一种容易搜索的方式来组织。例如，所有与世界历史有关的书籍可能放在一个书架上，而烹饪书可能放在图书馆的一个完全不同的区域。在一个细胞核中，有超过6英尺的遗传物质挤在一个比人的头发宽度小50倍的空间里。细胞核中的“图书馆”是如何组织的？当一个细胞需要调节某些基因时，细胞中的分子机器如何在2万多个基因中找到正确的基因？

在一项新的研究中，来自美国加州理工学院、加州大学洛杉矶分校和南加州大学的研究人员使用了一种强大的新工具，可以窥视细胞的遗传物质（DNA和RNA）的世界，以找到这些问题的答案。相关研究结果于2021年11月4日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“RNA promotes the formation of spatial compartments in the nucleus”。论文通讯作者为加州理工学院生物学教授Mitchell Guttman。

在Guttman实验室前研究生Sofia Quinodoz的带领下，Guttman团队发现非编码RNA分子负责在细胞核内建立“区室（compartment）”，并将关键分子引导到基因组的精确区域。非编码RNA虽然不编码蛋白的RNA分子，但具有一系列对生物学家来说往往仍然神秘的功能。在图书馆的比喻中，非编码RNA分子就像“书架”一样，组织一组不同的基因和与之相互作用的分子机器。

了解遗传物质在空间上是如何组织的，是了解生命基本运作的一个关键部分。细胞核内的功能障碍是许多疾病的一个标志，包括癌症、神经退行性疾病和其他疾病。

这项新的研究是由Guttman实验室开发的一种能够对RNA世界进行详细观察的强大工具促成的，该工具被称为RD-SPRITE（RNA and DNA Split-Pool Recognition of Interactions by Tag Extension）。从本质上讲，RD-SPRITE的工作原理是根据RNA和DNA分子的位置，用微小的独特的条形码对其进行标记，然后分析这些条形码可以告诉你哪些RNA和DNA分子在细胞内的哪个位置。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.10.014。

Guttman说，“这种工具是我在读研究生时就一直梦想的。Quinodoz能够实现这一目标，这很了不起。它改变了我们在RNA世界中能看到的东西。这就像开发一台新的显微镜；你可以开始观察你以前从未见过的东西。关于RNA及其相关作用的这一发现是我们能够在这些数据中开始发现的冰山一角。”

Guttman团队计划使用RD-SPRITE来比较健康细胞和患病细胞之间的细胞核空间组织，以了解基因表达和细胞核的物理结构在疾病状态下可能受到的影响。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Sofia A. Quinodoz et al. RNA promotes the formation of spatial compartments in the nucleus. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.10.014.