Cell：重大進(jìn)展！首次揭示Jpx RNA在哺乳動物的染色體環(huán)行為和基因表達(dá)
在一項新的研究中，來自美國麻省總醫(yī)院的研究人員指出雌性胚胎健康發(fā)育中的一個重要角色原來也在調(diào)節(jié)哺乳動物兩性的染色體環(huán)行為和基因表達(dá)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于為藥物開發(fā)提供新的靶標(biāo)。相關(guān)研究結(jié)果于2021年12月1日在線發(fā)表在Cell期刊上。
染色體是由DNA、RNA和蛋白組成的長的細(xì)繩狀結(jié)構(gòu)。染色體必須折疊成環(huán)，以適應(yīng)細(xì)胞核。這些環(huán)形結(jié)構(gòu)將距離遙遠(yuǎn)的遺傳物質(zhì)聚集在一起。
論文通訊作者、麻省總醫(yī)院分子生物學(xué)系的Jeannie Lee博士說，“基因和控制元件--調(diào)節(jié)基因的序列--必須相互溝通，以便細(xì)胞正常工作。染色體環(huán)化（即形成環(huán)形結(jié)構(gòu)）有點像把人們聚集在一個會議室里，這樣他們就可以互相交談了?！?/span>
染色體環(huán)內(nèi)的這些相互作用調(diào)節(jié)著基因的表達(dá)，也就是說，一個基因是“開啟”以產(chǎn)生蛋白，還是“關(guān)閉”。染色體環(huán)處于不斷的變化之中，在改變其基因組成以應(yīng)對環(huán)境刺激和身體發(fā)育需要的過程中不斷增長和收縮。Lee解釋說，回到會議室的比喻，一種叫做CTCF的蛋白就像一扇門，人們已經(jīng)知道一個染色體環(huán)可能有多組雙扇門--有些門是打開的，有些門是關(guān)閉的。Lee解釋說，“但不知道的是這些門是如何打開和關(guān)閉的。誰是看門人？”
圖片來自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.11.012。
結(jié)果是出乎意料的。Lee和她的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，一種稱為Jpx的RNA起著看門人的作用，它調(diào)節(jié)著CTCF在染色體環(huán)化中的行為。Jpx RNA對于Lee團(tuán)隊來說并不陌生。八年前，他們發(fā)現(xiàn)這種非編碼形式的RNA在一種稱為X染色體失活的現(xiàn)象中起著關(guān)鍵作用，這種現(xiàn)象對包括人類在內(nèi)的所有雌性哺乳動物的正常發(fā)育至關(guān)重要。Jpx RNA有助于在發(fā)育早期對雌性細(xì)胞中的X染色體進(jìn)行計數(shù)；如果檢測到兩條，一條X染色體就會失活，或者說被沉默。
然而，Lee團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，Jpx RNA還通過從染色質(zhì)（當(dāng)其濃縮時會形成染色體）中“驅(qū)逐”CTCF來決定在任何時候哪些門的組合是打開的。Lee說，“Jpx調(diào)節(jié)多扇門是否打開或只有一扇打開，以及哪些門是打開的，是打開左邊的門還是打開右邊的門。通過調(diào)節(jié)這一過程，Jpx決定了染色質(zhì)環(huán)有多大，因而決定著染色質(zhì)環(huán)周圍的哪些基因表達(dá)。”
Jpx是首個被確定為在調(diào)節(jié)CTCF行為方面發(fā)揮重要作用的RNA，但Lee預(yù)測，還會有許多其他的RNA。她說，這很令人興奮，因為RNA的種類可能比蛋白的種類多10倍。Lee說，雖然Jpx調(diào)節(jié)參與胚胎早期發(fā)育的基因，但有待發(fā)現(xiàn)的其他RNA可能調(diào)節(jié)影響癌癥、自身免疫性疾病和其他疾病風(fēng)險的染色體環(huán)的形成。識別這些RNA可能會加速有效的新藥物的開發(fā)。
參考資料：
Hyun Jung Oh et al. Jpx RNA regulates CTCF anchor site selection and formation of chromosome loops. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.11.012.
