9月24日，國際知名學(xué)術(shù)期刊Nature Cell Biology 在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所陳玲玲研究組的最新研究成果“Genome-wide screening of NEAT1 regulators reveals cross-regulation between paraspeckles and mitochondria” (DOI: 10.1038/s41556-018-0204-2)。該工作揭示了細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)小體paraspeckles與細(xì)胞器線粒體之間存在交流和相互作用參與調(diào)控細(xì)胞凋亡等重要生理活動。

 

        Paraspeckles是一種廣泛存在于哺乳動物細(xì)胞核中的亞結(jié)構(gòu)小體，由長非編碼RNA NEAT1 和40余種蛋白質(zhì)組裝而成，其中NEAT1是paraspeckles的骨架決定其能否形成。前期研究表明，在諸如病毒入侵、蛋白酶體受到抑制和神經(jīng)退行性疾病發(fā)生過程中，NEAT1的表達(dá)量及加工及paraspeckles形成均會受到影響，然而NEAT1 和paraspeckles如何被調(diào)控、如何響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)的信號尚不清楚。

 

        為研究NEAT1本身是如何被調(diào)控的，研究人員利用編輯基因技術(shù)在NEAT1轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)位置插入了EGFP報告基因，從而構(gòu)建了一個可以在活細(xì)胞內(nèi)源可視化NEAT1啟動子轉(zhuǎn)錄活性的細(xì)胞系NEAT1^G-HeLa。通過對NEAT1^G-HeLa進(jìn)行全基因組的RNAi篩選及分析，發(fā)現(xiàn)了一些細(xì)胞核內(nèi)編碼的與線粒體功能相關(guān)的基因被顯著富集。有意思的是，敲除這些線粒體功能相關(guān)蛋白，使得正常情況下球狀的paraspeckles會傾向于形成長條狀，而后者呈現(xiàn)更加 “凝固”的狀態(tài)，從而具有更強(qiáng)的mRNA核滯留能力，其中包括細(xì)胞核內(nèi)編碼的具有調(diào)控線粒體功能的mRNAs (mito-mRNAs)。這些研究表明，paraspeckles形態(tài)和功能發(fā)生這些出人意料的改變使得 mito-mRNAs 核滯留增強(qiáng)，進(jìn)而影響這些mRNAs的表達(dá)以反饋響應(yīng)線粒體損傷。

 

        研究還發(fā)現(xiàn)在NEAT1和paraspeckles形態(tài)或數(shù)量發(fā)生異常時，線粒體的形態(tài)、耗氧速率、ATP合成能力等都會受到影響，而線粒體功能紊亂最終會影響細(xì)胞的增殖速率。在亞砷酸鹽(SA)引起的線粒體途徑的細(xì)胞凋亡過程中形成了大量的 paraspeckles，并通過核滯留細(xì)胞色素C的mRNAs而限制其表達(dá)，進(jìn)而緩解了由細(xì)胞色素C釋放引起的細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果表明NEAT1在響應(yīng)來源于線粒體損傷的信號時通過增強(qiáng)paraspeckles對mito-mRNAs的滯留以反饋調(diào)節(jié)線粒體相應(yīng)的生理過程。

 

        陳玲玲研究組長期從事長非編碼RNA及其功能研究。在NEAT1研究領(lǐng)域，揭示了paraspeckles通過滯留含有特殊順式元件（例如IRAlus）的mRNAs來調(diào)控基因表達(dá)的作用（Chen et al, 2008 EMBO J）；首次闡明了在人胚胎干細(xì)胞中NEAT1表達(dá)缺失導(dǎo)致paraspeckles結(jié)構(gòu)缺失、進(jìn)而影響核滯留基因表達(dá)，最終調(diào)節(jié)干細(xì)胞正常生理功能的新機(jī)制 （Chen and Carmichael, 2009 Mol Cell）；系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了paraspeckles中滯留含有特殊順式元件的mRNAs及其調(diào)控 (Hu et al, Genes Dev 2015)。在這項(xiàng)最新的NEAT1相關(guān)研究工作中，陳玲玲研究組進(jìn)一步揭示了細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)paraspeckles與細(xì)胞質(zhì)線粒體之間的緊密聯(lián)系，表明在應(yīng)激條件下細(xì)胞通過paraspeckles調(diào)控線粒體穩(wěn)態(tài)的重要生理功能，也為深入理解NEAT1的調(diào)控和功能，以及細(xì)胞內(nèi)亞結(jié)構(gòu)之間的互作研究提供了新思路。

 

        該工作在陳玲玲研究員的指導(dǎo)下，由生化與細(xì)胞所博士生王洋、胡世斌（現(xiàn)為Stanford大學(xué)博士后）和中科院上海生科院計算生物學(xué)研究所博士生王夢然等完成，并得到了計算生物學(xué)研究所楊力研究員大力支持。該研究由國家基金委、科技部、中科院以及HHMI基金會經(jīng)費(fèi)支持并得到了生化與細(xì)胞研究所分子生物學(xué)技術(shù)平臺及植物生理生態(tài)研究所細(xì)胞結(jié)構(gòu)分析技術(shù)平臺的支持。

 

        Nature Cell Biology雜志同時還發(fā)表了西澳大利亞大學(xué)Archa Fox撰寫的題為A mitochondria–paraspeckle crosstalk的評論文章，高度評價了該工作。

 

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