撰文 | 啾啾椰
mRNA的合成依赖于RNA聚合酶II（RNA polymerase II，RNAPII）从转录起始位点（transcription start site， TSS）到转录终止位点（transcript end site， TES）的转录过程。如果RNAPII无法正常到达TES，就会产生截短的，不正常的RNA【1】。如果转录终止在内含子区域，形成的mRNA中就会含有内含子序列，会对细胞功能造成不利影响【2】。很多因素都会导致RNAPII转录的提前终止或暂停。与短基因相比，长基因对 RNAPII 延伸因子的扰动更敏感，转录缺陷会随着基因长度的增加而累积。RNAPII是如何转录哺乳动物长基因的？细胞中又有什么机制能够避免RNAPII提前终止转录，或者在内含子区域暂停呢？近日，来自哈佛医学院的Karen Adelman和Claudia A. Mimoso在Molecular cell上发表了题为U1 snRNP Increases RNA Pol II Elongation Rate to Enable Synthesis of Long Genes的文章，证实是剪接因子U1核糖核蛋白（U1 ribonucleoprotein, U1 snRNP）提高了RNAPII在内含子上的运动速率，从而降低了RNAPII终止或者暂停的概率。因此，U1 snRNP对于长基因的合成来说非常重要。哺乳动物基因组中的内含子通常是富含AT碱基对的长序列，这种长序列会阻碍全长的mRNA生成。之前的研究表明，RNAPII在在富含AT碱基对的区域会加速延伸【3】。而体外纯化的RNAPII在单分子研究中，在富含GC的序列上移动速率更快。AT碱基对会造成RNA-DNA杂交链中的碱基相互作用更弱，从而减弱转录延伸复合物的稳定性。这表明细胞中很可能有其它加速RNAPII在富含AT序列上的延伸。剪接因子U1 snRNP（以下简称U1）先前被证实可以促进成熟mRNA的生成，但其中的机制并不清楚。为了研究U1对RNAPII延伸速率和mRNA合成的影响，研究者在没有转录抑制剂的情况下，使用高分辨率RNA-seq方法，监测了鼠胚胎干细胞（mouse embryonic stem cells，mESCs）中RNAPII 的延伸特性。他们用瞬时转录组测序（transient transcriptome (TT)-seq）测量RNA合成速率，用PRO-seq（Precision run-on sequencing）测量参与转录的RNAPII的密度。延长因子（elongation index）由RNA合成速率除以RNAPII 的密度计算得来，用以表征RNAPII延长速率。研究者证实了RNAPII延伸速率在同一基因不同区域中有很大差异，序列中的GC含量能够显著影响RNAPII的延伸，低GC区域延长因子更高。那么，剪接因子是否在高AT区域RNAPII加速延伸中扮演着重要角色呢？为了功能敲除U1，他们给小鼠细胞中转染了一种反义RNA类似物（antisense morpholino，AMO），使得U1不能正常结合位点。他们发现在被测试的基因中，有60%在U1敲除之后表达水平显著降低。而这些被U1敲除影响的基因明显要更长，有更多的内含子。图2：U1敲除降低低GC序列上RNAPII的延伸速率。除了RNAPII的延伸速率在U1敲除后减少之外，他们还发现敲除U1之后， AT富集区域很难达到最大转录速率，U1被敲除后，转录中断的概率也提升了。图3：野生型细胞中RNAPII延伸行为正常；U1 snRNP被抑制的细胞中RNAPII更容易被阻断或捕获。
这项研究提出了U1可以通过加速 RNAPII 延伸来促进有着长内含子的长基因的转录的模型。AT含量显著影响RNAPII延伸速率，这种加速需要U1，而缺乏U1的刺激，RNAPII 的延伸很容易暂停或终止。这让我们对RNAPII转录长基因的机制有了更深的认识，并回答了U1 是如何影响基因表达的问题。原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.03.002
制版人：十一
1. Chiu, A.C., Suzuki, H.I., Wu, X., Mahat, D.B., Kriz, A.J., and Sharp, P.A. (2018). Transcriptional pause sites delineate stable nucleosome-associated premature polyadenylation suppressed by U1 snRNP. Mol. Cell 69, 648–663.e7. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2018.01.006.2. Smart, A.C., Margolis, C.A., Pimentel, H., He, M.X., Miao, D., Adeegbe, D., Fugmann, T., Wong, K.K., and Van Allen, E.M. (2018). Intron retention is a source of neoepitopes in cancer. Nat. Biotechnol. 36, 1056–1058. https:// doi.org/10.1038/nbt.4239.3. Jonkers, I., Kwak, H., and Lis, J.T. (2014). Genome-wide dynamics of Pol II elongation and its interplay with promoter proximal pausing, chromatin, and exons. eLife 3, e02407. https://doi.org/10.7554/eLife.02407.【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。