陈玲玲等发现长非编码RNA在细胞核仁中的机制

陈玲玲博士正在介绍相关的研究成果

在最近的一项研究中，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所的陈玲玲研究小组揭示了在核糖核酸聚合酶1转录过程中细胞核仁中长非编码核糖核酸序列的重要功能和机制。5月5日，相关研究成果发表在国际知名学术期刊《细胞》上。

长期以来，非编码RNA一度被认为是人类基因的“暗物质”，其家族的许多成员已被证明广泛参与各种重要生命活动的调控。在这项研究中，陈玲玲研究小组发现了一种全新的长非编码核糖核酸，它使用了以前创造的多聚腺苷酸无尾核糖核酸分离和测序技术。这是首次在人类细胞中发现能够调节核糖核酸聚合酶转录的长非编码核糖核酸。研究结果还解释了这种核糖核酸的独特功能，拓展了长非编码核糖核酸的作用机制。

细胞核位于细胞核内，是核糖核酸聚合酶ⅰ转录核糖体核糖核酸和核糖核酸加工的重要场所。RRNA转录是一个将核糖体DNA转化为rRNA的过程。作为细胞中最丰富的核糖核酸类型，核糖核酸转录障碍与疾病密切相关。转录不足容易导致骨髓衰竭性贫血，而转录过度容易导致各种癌症。

“这项研究中发现的新的长非编码核糖核酸根据其结构特征和功能被命名为SLERT。”研究人员陈玲玲说，研究人员发现，在使用基因编辑技术敲除位于细胞核中的SLERT后，SLERT的缺失导致了核糖核酸聚合酶1转录活性的降低。为了进一步研究其机制，研究人员观察到存在于细胞核中的核糖核酸解旋酶DDX21在核糖核酸聚合酶1周围形成一个直径约为400纳米的环状结构，该环状结构“包围”了核糖核酸聚合酶1，其“包围”的大小直接影响核糖核酸聚合酶1的转录活性。深入研究表明，SLERT可以与DDX21结合，改变DDX21的蛋白质构象，从而调节DDX21环的大小。SLERT缺失将使环变小，这将阻碍核糖核酸聚合酶1的功能。相反，当环变大时，可以释放DDX21环对核糖核酸聚合酶1的抑制。

人类细胞含有大约400个拷贝的核糖体DNA序列，但只有一半能转化为核糖体DNA。rRNA转录差异的原因是什么？陈玲玲研究小组还提出了一种新的SLERT研究机制，即RNA聚合酶ⅰ通过SLERT-DD X21环转录调控来控制rRNA转录差异。

同时，研究人员还发现，敲除SLERT可以抑制模型小鼠肿瘤的生长速度，并且敲除SLERT后的小鼠肿瘤生长速度低于正常肿瘤细胞的小鼠，这也为相关肿瘤的靶向治疗提供了新的靶点。

专家认为，本研究解释了细胞核中蛋白质、DNA和核糖核酸之间的分子机制，分析了DDX21环大小对核糖核酸聚合酶1转录的调控机制和SLERT对DDX21环的控制，从一个新的角度揭示了核糖核酸聚合酶1转录的新机制，为深入研究细胞核的结构和功能提供了新的方向。

据悉，本研究还得到了中国科学院马普计算生物学研究所杨力研究员的大力支持，并得到了植物生理生态研究所细胞分析技术平台、生物化学与细胞研究所细胞分析技术平台和动物实验技术平台的大力支持。资助来自科技部、基金会委员会和中国科学院。