科研进展

高绍荣教授课题组在Cell Reports发表论文揭示NEXT复合物关键因子Zcchc8在小鼠早期胚胎和胚胎干细胞中对LINE1 RNA的降解作用机制

发布时间:2019-11-21  

    20191119日,同济大学高绍荣团队在Cell Reports发表题为“Nuclear exosome targeting complex core factor Zcchc8 regulates the degradation of LINE1 RNA in early embryos and embryonic stem cells”的研究论文,揭示了NEXT复合物关键因子Zcchc8LINE1 RNA降解中发挥重要作用,从而对于小鼠卵母细胞成熟、早期胚胎发育以及胚胎干细胞的功能都非常重要。

    RNA外切体(exosome)是细胞中控制RNA降解及维持RNA总量稳定的重要复合物,被称为细胞监视器。其主要作用是负责细胞核内的RNA降解,以实现低质量RNA以及不稳定RNA的清除以及应激反应。在哺乳动物细胞中,NEXT复合物(Nuclear exosome targeting complex)被认为是RNA外切体的激活子之一,主要针对细胞核内新转录出来的RNA,招募RNA外切体对其进行降解。NEXT complex的组分包括RNA识别蛋白RBM7,连接蛋白ZCCHC8以及招募外切体蛋白hMTR4。在Hela细胞系中研究人员发现NEXT复合物偏好识别一些短的非编码RNA如启动子上游反向RNAPROMPTs)、内含子RNAintron RNAs)和增强子区域的转录本(enhancer RNAs)等。而NEXT复合物作为哺乳动物细胞中保守存在的重要的RNA外切体激活子,其在小鼠胚胎发育过程中的作用和调控机制尚未可知。

     研究人员首先发现Zcchc8基因敲除的小鼠仅有少数可以出生并存活,且存在发育迟缓、生殖障碍及生存率低等表型,进一步研究发现,早在胚胎时期,胎儿的发育就已发生迟缓。通过建立Zcchc8敲除的ES细胞系,发现其增殖能力降低和多能性基因表达降低,体外嵌合体实验也证实了其分化潜能下降。说明Zcchc8对小鼠的发育、胚胎干细胞的多能性维持和分化潜能都具有重要作用。紧接着,研究人员对Zcchc8以及NEXT复合物中另一成员RNA结合蛋白Rbm7在胚胎干细胞中进行了核内RNA免疫共沉淀(RIP)实验,发现除了之前在肿瘤细胞系中发现的底物RNAPROMPTsenhancer RNAs等之外,很多逆转座子RNALINE1LTR中的MusD/ETn, MERVL等,也是NEXT复合物的底物。接下来,RNA半衰期的检测实验证明LINE1的半衰期受到更大的影响,说明NEXT复合物确实对LINE1 RNA的降解具有重要作用。经验证,LINE1确实在Zcchc8敲除的胚胎干细胞中异常升高,在敲降或敲除的早期胚胎和GVgerminal vesicle)卵中具有更高的RNA水平,说明Zcchc8在小鼠早期胚胎发育以及卵成熟过程中都具有对LINE1的转录后调控作用。由于LINE1的激活被认为对小鼠的基因组稳定性,染色体可及性以及卵发育都有重要作用,研究人员利用DNaseI酶切后染色实验(TUNEL)发现在Zcchc8敲除的卵以及敲降的胚胎4-细胞中,染色质具有更高的可及性。

     作为基因组中占比最高的逆转座子重复序列LINE 1(小鼠中占约19%),其RNA水平不仅影响了LINE1的蛋白水平和转座活性,也和染色质具有密切的关系。而目前对其RNA水平的调控方式的研究十分欠缺。本研究首次提出了NEXT复合物对LINE1 RNA水平的调控具有重要作用,且在发育过程中具有重要意义。此研究为核内RNA的调控方式提供了更多思路,展示了该方向的最新进展。

    同济大学高绍荣教授课题组的直博生吴悠为本文的第一作者;高绍荣教授,高亚威教授为本文的共同通讯作者。研究得到了科技部、基金委和上海市的支持。


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