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小RNA的分类6 Q9 O6 w9 w- [, i _
3 d0 Q& G& n2 ?2 r# @2 O) OV. Narry Kim
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; c# Q5 \2 m8 L$ ~7 _, a$ V: t( T1 GCell, 133, 25 – 26, April 4, 20082 d) G2 V& ]' @
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1 `" |: Z) Z; l' P- H# E 小RNA通过指导Argonaute (AGO)蛋白与标靶结合发挥作用。大多数真核生物中都有各种不同类型的小RNA和多种AGO蛋白，但小RNA如何与特定的AGO复合物结合尚不清楚。本期Cell发表的两篇文章揭示了在拟南芥中，小RNA 5’端核苷酸在它的分类中起重要作用。7 S+ O: m/ b( R6 |
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研究人员最初发现Argonaute (AGO)蛋白在植物中是发育调节因子，后来进一步发现它们是RNA沉默中的核心分子。小RNA直接与AGO蛋白结合，使AGO接近其标靶分子（DNA或RNA）。在这些复合物中，小RNA赋予靶向作用专一性，AGO蛋白决定RNA沉默功能。Mi和Montgomery等对拟南芥的两项新研究揭示了决定小RNA与特定AGO复合物接近和结合的特性。由于不同的AGO对RNA和染色质有不同的作用，因此AGO复合物的选择非常重要。
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内源小RNA种类各异，可归纳成三类：微RNA (miRNA)，小干扰RNA(siRNA)和与piwi相互作用的RNA(piRNA)。拟南芥的小RNA特别复杂，它含有三种不同于miRNA的内源siRNA亚类：反式作用siRNA (tasiRNA)，从天然反义转录产物衍生的siRNA (natsiRNA)，与重复序列结合的siRNA (rasiRNA)。在拟南芥中，这三种小RNA亚类中的每一种都选择性地与10种AGO复合物中的一种或多种结合。miRNA从不完整的发夹结构产生，DICER-LIKE 1 (DCL1)对发夹的切割通常产生与AGO1结合的小RNA。tasiRNA的生物合成需要有miRNA介导的非编码转录产物的切割。切割之后，再由依赖于RNA的RNA聚合酶6(RDR6)合成双链RNA (dsRNA)。dsRNA由DCL4加工形成可与AGO2结合的21核苷酸小RNA。natsiRNA由天然反义转录产物产生，这种转录产物由两个重叠基因的汇集转录产生。dsRNA由DCL2和DCL1加工。拟南芥中最丰富的小RNA是长度为24核苷酸的rasiRNA。rasiRNA从转座子和其他重复序列产生，可与几种AGO蛋白结合，主要是与AGO4结合。
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每一种小RNA都可以找到与特定AGO蛋白结合的途径。小RNA的错误选择可导致对生物有害的错误沉默反应。这些小RNA怎样分类？怎样与特定的AGO复合物结合？为了回答这些问题，Mi及其同事分离了与AGO1, AGO2, AGO4和AGO5结合的小RNA，对从这些小RNA产生的cDNA进行高通量序列分析，使每个与AGO结合的RNA库有140000到310000个序列阅读。尽管所有类型的小RNA在某种程度上都可与每一种AGO结合，但对特定的小RNA来说，与AGO的结合有明显的偏好。在AGO1复合物中的小RNA主要是miRNA（约占82%），而AGO2复合物主要与tasiRNA结合。AGO2复合物也含有其他种类小RNA，包括有相对较高比例的rasiRNA。AGO4复合物主要与rasiRNA结合，这与之前的报道一致。AGO5蛋白与从基因间非翻译序列衍生的小RNA结合。! w: \" O F) e1 {- w2 e
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生物信息学分析表明AGO对小RNA的5’端核苷酸有很强的偏好：与AGO1结合的小RNA 5’端86%是尿苷，与AGO2结合的小RNA 5’端93%是腺苷，与AGO4结合的小RNA 5’端79%是腺苷，与AGO5结合的小RNA 5’端83%是胞苷。有趣的是，具有5’腺苷和5’胞苷的miRNA的反链（称为miRNA*）分别与AGO2和AGO5结合。最近一篇文章报道了与拟南芥AGO2和AGO5结合的小RNA的5’核苷酸分别是腺苷和胞苷。另外，含有5’腺苷的miR163.2主要与AGO2（不与AGO1）结合。Mi等由此推论AGO蛋白与小RNA的结合主要由5’端核苷酸决定。这一推论进一步得到了生物化学和遗传学实验的支持。使用嵌合AGO蛋白进行的免役沉淀实验表明，mid和piwi结构域对小RNA 5’末端核苷酸的识别非常重要。9 P; F% J" @ [ J3 p
: i8 N4 L6 V2 T- K 上述观察与在古细菌中进行的piwi RNA复合物结构的研究一致。已发现小RNA的5’核苷酸插入到mid结构域的口袋中。在口袋上的碱性和芳香族氨基酸残基对RNA 5’端的定位很重要。可以预期在不同的AGO之间，5’端结合口袋的氨基酸可能有所不同，可由此解释AGO对特定5’端核苷酸的不同选择。因此，解析不同AGO蛋白的结构十分重要。
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Montgomery及其同事对TAS3 tasiRNA生物合成中AGO7和miR390的功能进行了全面分析，发现miR390专一性与AGO7结合。他们还发现AGO1和AGO2可根据5’核苷酸对小RNA进行区分，这与Mi等人的相关研究相吻合。以腺苷酸开头的miR390对AGO7有强亲和力，而对AGO2只有较弱的亲和力。miRNA前体的结构和序列对AGO7的结合没有影响。miR390 5’核苷酸的改变不影响与AGO7的结合。因此，AGO7肯定进化产生了能专门识别5’端核苷酸之外的序列的能力。应注意到尽管miR390通过DCL1产生，但它不与AGO1结合。这项结果表明miRNA的Dicer加工与AGO结合之间没有偶联。类似的非偶联也存在于线虫和果蝇中。0 \( k+ I; W2 t& f$ K, b) C
' J3 ? B! t: G4 n6 `6 @ 5’末端识别模型是否可全面解释所有小RNA的分类？尽管这个模型对拟南芥AGO1, AGO2, AGO4和AGO5蛋白是合适的，但是也可能有其他小RNA选择机制。例如，在果蝇中有两个AGO类蛋白，dAGO1和dAGO2，他们分别参与miRNA和siRNA途径。Dicer 1 (DCR1)对miRNA进行加工，而siRNA是通过DCR2产生。小RNA根据dsRNA双链结构的不同，或与dAGO1或与dAGO2结合。如果双链是完全匹配的（siRNA通常有这种情况），小RNA进入dAGO2途径。如果双链中有不匹配部分（如miRNA前体中的情况），RNA则进入dAGO1途径。最近在线虫中的研究支持这种小RNA分类的“前体结构”模型。这两种模型（5’末端识别模型和前体结构模型）其实并不相互排斥。这两种类型的RNA分类都适用于小RNA—AGO结合。也可能有其他尚未鉴定的决定因素。例如，AGO2和AGO4都能与小RNA 5’腺苷紧密结合，但所结合的小RNA只有很小一部分（<8%）相同。也许小RNA的长度是另一个决定因素。在AGO2和AGO4中的小RNA长度分别是21 nt和24 nt。因为PAZ结构域与siRNA的3’末端相互作用，所以与每种AGO结合的小RNA必须有特定的长度。AGO与不同的Dicer蛋白的结合可能也在小RNA分类中起作用。另外，根据Montgomery报道的miR390和AGO7之间的特殊相互作用，在小RNA和AGO蛋白之间的相互作用可能还包括在5’末端核苷酸之外的其他核苷酸的特殊作用。# q. [8 V: U" m2 @
7 Y2 E5 B: [8 ?1 _9 a 在动物中有若干小RNA的5’端是尿苷酸。研究动物miRNA结合的AGO蛋白是否对5’尿苷酸残基有高亲和力很有意义。在哺乳动物和昆虫生殖组织中发现的与piwi相互作用的小RNA也主要以尿苷作为起始核苷。piRNA的生物合成机制尚未完全搞清楚。由于Dicer蛋白在该途径中不起作用，说明存在其他切割长单链RNA前体的核酸酶。在本期Cell发表的两篇有关小RNA的文章给出了如下可能性：含有5’尿苷的小RNA与piwi类蛋白的选择性结合可能在piRNA的生物合成中起作用。
0 ^1 e* d- N- r) w- J2 p( p# h5 m本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-28 21:49
发表于 2015-6-12 21:51
