酿酒酵母中RNA剪接增强无义介导的mRNA衰减的机理

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无义介导的m RNA衰减(nonsense-mediated m RNA decay,NMD)是一种细胞内重要的RNA质量控制机制,可以确保含有提前终止密码子(premature termination codon,PTC)的m RNA被迅速清除,避免翻译错误的m RNA而生成毒性截短蛋白,保证机体的正常运行。NMD的发生过程依赖于核糖体的翻译,但是目前关于核糖体如何区分正常终止密码子和提前终止密码子的解释尚不明确。当前对于NMD的解释主要有两种模型,其差异主要表现在faux 3’UTR模型认为NMD的强弱与m RNA3’UTR的长度相关;而EJC(exon junction complex)模型则认为由剪接事件产生的EJC是NMD因子的招募平台,可以增强NMD。其中faux 3’UTR模型在酿酒酵母的研究中得到广泛认可,而EJC模型的相关证据主要来源于高等动物细胞。本实验室早期在裂殖酵母的NMD机理研究中,发现m RNA剪接可以增强NMD,但是并不依赖EJC的存在。为了进一步探究pre-m RNA剪接和NMD的关系,本研究采用酿酒酵母(出芽酵母)作为生物模型,构建了酿酒酵母中基于GFP的NMD报告系统并评价其有效性。其中,在靠近GFP起始密码子的位置引入无义突变(PTC6)可以引发m RNA丰度显著降低和快速衰减,在远离GFP起始密码子的位置引入无义突变(PTC140)则引起微弱的m RNA丰度降低和衰减。说明基于GFP的NMD报告系统可以在酿酒酵母中反映NMD的强弱。同时,本研究在GFP NMD报告系统的基础之上,引入了酿酒酵母CYH2和ACT1基因的内含子,用于评价m RNA剪接对NMD效率的影响。研究结果表明,m RNA剪接可以明显增强NMD:在含有PTC140的m RNA中,两种内含子的引入,均导致了m RNA的丰度降低,衰减速度加快。与EJC模型相悖的是,内含子不管是定位于PTC上游还是下游,都能够增强NMD。我们进一步构建了基于内源基因(CYH2和RPS11B)的NMD报告质粒,观察到同样的现象,即内含子可以增强NMD,且不管其位于PTC上游还是下游。同时,我们还发现内含子与PTC之间的距离影响了NMD效应,当内含子与PTC距离为90 nt的时候,NMD效应明显,当延长距离至243 nt或387 nt时,NMD现象被完全抑制。说明内含子与PTC之间的距离,而不是内含子与PTC的上下游关系,影响了NMD。由于酿酒酵母中不存在EJC复合物同时缺少其组成蛋白,因此我们推测参与m RNA剪接的其他因子是关键,可能通过与m RNA的相互作用来影响NMD。首先我们筛选了所有非必需型m RNA剪接因子的敲除文库。将GFP的NMD质粒报告系统转化到这些基因敲除的酿酒酵母中,我们发现PRP17Δ不影响正常的剪接,也不影响PTC6的m RNA衰减,但是抑制了m RNA剪接相关的NMD(PTC140-ivs C)。我们认为Prp17p特异参与了依赖剪接的NMD。通过后续的实验,我们测定了各种NMD突变菌株中m RNA翻译效率的变化。我们发现野生型菌株中内含子的引入可以增加翻译效率,UPF1Δ和UPF2Δ让含有内含子的m RNA翻译效率降低,但是不影响无内含子的m RNA翻译效率,UPF3Δ则让所有的翻译效率降低。PRP17Δ只影响含有内含子的m RNA翻译效率,我们认为Prp17p通过参与翻译的过程而间接参与了NMD。综上所述,我们的研究首次发现酿酒酵母中存在内含子增强NMD的现象,且内含子与PTC的距离影响NMD。同时,我们也首次发现剪接因子Prp17p特异参与依赖剪接的NMD。这一研究结果为进一步阐明酿酒酵母中NMD发生机理提供了一个参考。
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