Cell：揭示非编码7S RNA调节人类线粒体中基因表达机制

在一项新的研究中，来自瑞典哥德堡大学、卡罗林斯卡学院和德国科隆大学的研究人员发现一种非编码RNA分子调节着人类细胞中的线粒体基因表达。相关研究结果于2022年6月2日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Non-coding 7S RNA inhibits transcription via mitochondrial RNA polymerase dimerization”。论文通讯作者为哥德堡大学教授Maria Falkenberg和卡罗林斯卡医学院的B. Martin Hällberg。论文第一作者为哥德堡大学的Xuefeng Zhu和Xie Xie以及卡罗林斯卡学院的Hrishikesh Das。

线粒体是细胞的能量工厂，对于将我们食物中的能量转换为多种细胞功能所需的能量形式至关重要。线粒体的一个特殊方面是存在独立的线粒体基因组，一旦线粒体基因组受损，就会引起严重的疾病，影响大脑和心脏等高能量组织。因此，研究线粒体基因表达如何受到调控，以便从长远来看，找到利用疗法控制这一过程的方法是至关重要的。

人类线粒体7S RNA属于哺乳动物正常发育所必需的一个较大的非编码RNA分子家族。以前人们知道，线粒体7S RNA的水平根据真核细胞的代谢需要而变化，但这些变化的分子基础和功能影响尚不清楚。在这项新的研究中，这些作者开发出研究7S RNA对纯化的蛋白和细胞中线粒体基因活动的影响的方法。

这些作者发现7S RNA具有调节功能，因为它在体外和培养的人类细胞中控制线粒体的转录水平。通过使用低温电镜（cryo-EM）技术，他们发现线粒体RNA聚合酶POLRMT通过与7S RNA相互作用发生二聚化。由此产生的POLRMT二聚体界面封存了启动子识别和线粒体DNA解链所需的结构域，从而阻止了线粒体DNA转录启动。他们提出，非编码7S RNA分子是调节哺乳动物细胞线粒体转录的负反馈回路的一个组成部分。

图片来自Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.05.006。

Zhu说，“这项研究最令人激动的是，我们确定了一种全新的线粒体活动调节机制。我们的研究结果揭示了7S RNA的功能，这种非编码RNA分子早在40年前就已被发现。尽管7S RNA很丰富，而且在线粒体功能的研究中经常被测量，但在此之前它的生理作用仍然是个谜。我们很高兴，通过合作，我们可以解析出7S RNA与POLRMT结合在一起时的低温EM结构，显示7S RNA如何抑制线粒体基因活动的可能机制。”

非编码RNA分子在调控细胞核的多种过程中发挥着重要作用，但在调控线粒体功能方面的明确作用此前还没有报道。Xie说，“我们的发现揭示了人类线粒体中一个新的、与生理相关的调节水平。现在的挑战是了解7S RNA水平是如何根据人体细胞的代谢需求进行微调的。我们有一些想法，并将在未来几年努力探索。”

Falkenberg说，“这是一个调节线粒体活动的新原理，未来靶向7S RNA生产的疗法可能是有价值的。”然而，这项新研究的实际影响将需要数年时间来探索。Hällberg说，“现在是早期阶段，但这将为线粒体研究开辟一个新领域。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Xuefeng Zhu et al. Non-coding 7S RNA inhibits transcription via mitochondrial RNA polymerase dimerization. Cell, 2022, doi:10.1016/j.cell.2022.05.006.