高紹榮教授課題組在Cell Reports發(fā)表論文揭示NEXT復(fù)合物關(guān)鍵因子Zcchc8在小鼠早期胚胎和胚胎干細(xì)胞中對LINE1 RNA的降解作用機(jī)制
2019年11月19日，同濟(jì)大學(xué)高紹榮團(tuán)隊在Cell Reports發(fā)表題為“Nuclear exosome targeting complex core factor Zcchc8 regulates the degradation of LINE1 RNA in early embryos and embryonic stem cells”的研究論文，揭示了NEXT復(fù)合物關(guān)鍵因子Zcchc8在LINE1 RNA降解中發(fā)揮重要作用，從而對于小鼠卵母細(xì)胞成熟、早期胚胎發(fā)育以及胚胎干細(xì)胞的功能都非常重要。
RNA外切體（exosome）是細(xì)胞中控制RNA降解及維持RNA總量穩(wěn)定的重要復(fù)合物，被稱為細(xì)胞監(jiān)視器。其主要作用是負(fù)責(zé)細(xì)胞核內(nèi)的RNA降解，以實現(xiàn)低質(zhì)量RNA以及不穩(wěn)定RNA的清除以及應(yīng)激反應(yīng)。在哺乳動物細(xì)胞中，NEXT復(fù)合物（Nuclear exosome targeting complex）被認(rèn)為是RNA外切體的激活子之一，主要針對細(xì)胞核內(nèi)新轉(zhuǎn)錄出來的RNA，招募RNA外切體對其進(jìn)行降解。NEXT complex的組分包括RNA識別蛋白RBM7,連接蛋白ZCCHC8以及招募外切體蛋白hMTR4。在Hela細(xì)胞系中研究人員發(fā)現(xiàn)NEXT復(fù)合物偏好識別一些短的非編碼RNA如啟動子上游反向RNA（PROMPTs）、內(nèi)含子RNA（intron RNAs）和增強(qiáng)子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄本（enhancer RNAs）等。而NEXT復(fù)合物作為哺乳動物細(xì)胞中保守存在的重要的RNA外切體激活子，其在小鼠胚胎發(fā)育過程中的作用和調(diào)控機(jī)制尚未可知。
研究人員首先發(fā)現(xiàn)Zcchc8基因敲除的小鼠僅有少數(shù)可以出生并存活，且存在發(fā)育遲緩、生殖障礙及生存率低等表型，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，早在胚胎時期，胎兒的發(fā)育就已發(fā)生遲緩。通過建立Zcchc8敲除的ES細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)其增殖能力降低和多能性基因表達(dá)降低，體外嵌合體實驗也證實了其分化潛能下降。說明Zcchc8對小鼠的發(fā)育、胚胎干細(xì)胞的多能性維持和分化潛能都具有重要作用。緊接著，研究人員對Zcchc8以及NEXT復(fù)合物中另一成員RNA結(jié)合蛋白Rbm7在胚胎干細(xì)胞中進(jìn)行了核內(nèi)RNA免疫共沉淀（RIP）實驗，發(fā)現(xiàn)除了之前在腫瘤細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)的底物RNA如PROMPTs，enhancer RNAs等之外，很多逆轉(zhuǎn)座子RNA如LINE1，LTR中的MusD/ETn, MERVL等，也是NEXT復(fù)合物的底物。接下來，RNA半衰期的檢測實驗證明LINE1的半衰期受到更大的影響，說明NEXT復(fù)合物確實對LINE1 RNA的降解具有重要作用。經(jīng)驗證，LINE1確實在Zcchc8敲除的胚胎干細(xì)胞中異常升高，在敲降或敲除的早期胚胎和GV（germinal vesicle）卵中具有更高的RNA水平，說明Zcchc8在小鼠早期胚胎發(fā)育以及卵成熟過程中都具有對LINE1的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控作用。由于LINE1的激活被認(rèn)為對小鼠的基因組穩(wěn)定性，染色體可及性以及卵發(fā)育都有重要作用，研究人員利用DNaseI酶切后染色實驗（TUNEL）發(fā)現(xiàn)在Zcchc8敲除的卵以及敲降的胚胎4-細(xì)胞中，染色質(zhì)具有更高的可及性。
作為基因組中占比最高的逆轉(zhuǎn)座子重復(fù)序列LINE 1（小鼠中占約19%），其RNA水平不僅影響了LINE1的蛋白水平和轉(zhuǎn)座活性，也和染色質(zhì)具有密切的關(guān)系。而目前對其RNA水平的調(diào)控方式的研究十分欠缺。本研究首次提出了NEXT復(fù)合物對LINE1 RNA水平的調(diào)控具有重要作用，且在發(fā)育過程中具有重要意義。此研究為核內(nèi)RNA的調(diào)控方式提供了更多思路，展示了該方向的最新進(jìn)展。
同濟(jì)大學(xué)高紹榮教授課題組的直博生吳悠為本文的第一作者；高紹榮教授，高亞威教授為本文的共同通訊作者。研究得到了科技部、基金委和上海市的支持。
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