果蝇剪接因子SRm160的RNA结合序列、靶标基因与作用机制研究

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RNA剪接是由剪接体识别前体RNA(Precursor messenger RNA)上的特异性序列,催化去除内含子和连接外显子的过程。它是真核生物基因转录后RNA加工的一个重要步骤,也是真核生物进行基因表达调控的一个重要环节。采用不同的剪接位点,选择性剪接(Alternative splicing)使得同一基因可以产生多种RNA剪接产物,进而翻译成功能各异的蛋白质,从而行使多样的生物学功能。选择性剪接对于高等生物的组织器官发育和个体生长过程都起着至关重要的作用,其调控因子分为反式作用因子和顺式作用元件两类。作为反式作用因子,SR(Serine/Arginine)蛋白数量众多,在组成型和选择性剪接中都起着关键作用。SR蛋白能够识别并结合前体RNA中的顺式元件,并与剪接体的蛋白组分相互作用,影响剪接位点的选择。SRm160是一种SR-related蛋白,已有多项研究证实SRm160直接参与RNA的加工过程,包括促进剪接体组装、RNA3末端的切割和作为外显子连接复合体的辅助因子促进RNA的转运和代谢等。  虽然SRm160的功能研究已有报道,但是基因组水平上SRm160的结合序列特征及靶标基因还未被鉴定。果蝇中dSRm160的分子作用机制是什么?不同物种间的保守性如何?另一方面,dSRm160通过调控靶标基因的RNA剪接,进而影响到果蝇组织器官及个体发育的机制还未得知。因此,进一步研究果蝇dSRm160的结合序列特征及靶标基因,将有利于阐明dSRm160对下游基因的调控机制,解析dSRm160影响果蝇发育的分子机理。本论文利用紫外交联免疫沉淀(UV-CLIP)技术结合高通量测序与生物信息学分析,鉴定了黑腹果蝇dSRm160在全基因组水平RNA结合元件特征以及调控的靶标基因,并研究了dSRm160调控剪接的分子机制。此外,在裂殖酵母中敲除SRm160同源蛋白基因,通过转录组测序,鉴定出SpSRm160敲除所导致的内含子滞留事件,揭示出SRm160在真核生物中RNA结合位点和作用机制的保守性。  研究结果显示:1)dSRm160既结合pre-mRNA也结合mRNA,其作为SR-related蛋白的主要功能是参与RNA剪接;2)作为反式因子,dSRm160偏向于结合外显子中靠近剪接位点的区域,从而促进剪接反应;3)三种不同的生物信息学分析方法均揭示dSRm160的RNA结合序列特征是三个碱基的重复,其中GCAGCA序列出现的频率最高。进一步的蛋白质-RNA体外结合实验证明了该结合序列的特异性;4)CLIP测序结果显示多种SR蛋白的转录产物具有dSRm160的结合位点,深入的研究证明dSRm160促进了SRSF6基因第6外显子的选择性剪接;5)dSRm160能够结合多个果蝇复眼发育相关基因的转录产物,为一进步研究dSRm160在复眼发育中的调控作用提供了更多的靶标;6)SpSRm160敲除导致裂殖酵母中剪接效率的总体降低和部分内含子发生明显滞留,序列分析揭示这些裂殖酵母基因的外显子中存在与果蝇dSRm160结合序列相同的RNA元件。  结论:通过CLIP技术、高通量测序分析和体外实验验证,我们揭示了剪接因子dSRm160在果蝇全基因组水平上的RNA结合位点图谱,并证明其RNA结合序列是以GCAGCA为代表的三碱基重复序列。dSRm160通过与这些RNA序列结合,促进选择性剪接发生,调控下游靶标基因表达和影响果蝇器官发育。
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