證明迷一般的核內(nèi)斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)功能：驅(qū)動(dòng)高效mRNA剪接

一百多年前，當(dāng)Santiago Ramón y Cajal用顯微鏡觀察神經(jīng)元時(shí)，他看到了神經(jīng)元核內(nèi)的纖維狀和斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)研究人員后來發(fā)現(xiàn)，這些被稱為核體的核室沒有膜，但含有參與特定功能的分子簇。其中一種核體，斑點(diǎn)核，含有已知參與mRNA剪接的剪接體。斑點(diǎn)的破壞導(dǎo)致一系列疾病和發(fā)育障礙，但斑點(diǎn)如何驅(qū)動(dòng)剪接仍不清楚。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為斑點(diǎn)是拼接工廠。剪接反應(yīng)發(fā)生在斑點(diǎn)內(nèi)部，然后剪接產(chǎn)物離開?！叭藗儼l(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此，”加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）分子生物學(xué)家Mitchell Guttman說。“它們剪接因子濃度最高的原因非常類似于，如果我在你的房子里尋找床單濃度最高的地方，它不會(huì)在你的床上，而是在你的亞麻衣柜里，對(duì)吧？”當(dāng)你不使用它們時(shí)，你存儲(chǔ)它們的位置。核斑點(diǎn)也被認(rèn)為是如此?！?/span>

斑點(diǎn)可能是剪接體的儲(chǔ)存地點(diǎn)的想法促使Guttman更深入地研究核組織如何影響剪接過程。在最近的一篇文章中，他表明，當(dāng)基因優(yōu)先定位在斑點(diǎn)附近時(shí)，mRNA的剪接效率顯著提高

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校（University of Illinois, Urbana-Champaign）的細(xì)胞生物學(xué)家Andrew Belmont沒有參與這項(xiàng)研究，他說：“這對(duì)RNA加工領(lǐng)域來說意義重大，因?yàn)楝F(xiàn)在它確實(shí)賦予了斑點(diǎn)的功能意義?！?/span>

Guttman和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)核組織如何影響基因調(diào)控的不同數(shù)量方面很感興趣。為此，他們之前開發(fā)了一種方法來識(shí)別小鼠胚胎干細(xì)胞中“斑點(diǎn)遠(yuǎn)”和“斑點(diǎn)近”的不同基因組區(qū)域在他們的新研究中，他們使用CRISPR和CRISPR相關(guān)蛋白基因編輯技術(shù)將一個(gè)報(bào)告基因整合到這些基因組區(qū)域中。

報(bào)告基因是雙向的。一個(gè)轉(zhuǎn)錄方向產(chǎn)生剪接RNA，用綠色熒光蛋白（GFP）標(biāo)記，另一個(gè)轉(zhuǎn)錄方向產(chǎn)生未剪接RNA，用藍(lán)色熒光蛋白（BFP）標(biāo)記。當(dāng)報(bào)告基因被整合到靠近斑點(diǎn)的基因組區(qū)域時(shí)，GFP與BFP的比例顯著提高。

小鼠胚胎干細(xì)胞是全能的，表達(dá)許多不同的基因，但Guttman想知道基因組結(jié)構(gòu)是否使組織特異性基因更接近斑點(diǎn)。為了找到答案，他研究了小鼠肌細(xì)胞中表達(dá)titin的Ttn基因，titin是收縮器官的關(guān)鍵成分。Guttman發(fā)現(xiàn)，與胚胎干細(xì)胞相比，Ttn在肌細(xì)胞中的位置更接近斑點(diǎn)，其相應(yīng)mRNA在肌細(xì)胞中的剪接效率也高于胚胎干細(xì)胞。此外，在肌細(xì)胞中位于Ttn基因組附近的其他基因被更有效地拼接。

根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，Guttman得出結(jié)論，斑點(diǎn)會(huì)發(fā)出剪接體?！跋胂雵@太陽運(yùn)行的行星，”他說?！爱?dāng)你離得越來越遠(yuǎn)時(shí)，傳熱就會(huì)急劇減少。”類似地，對(duì)于剪接體發(fā)射斑點(diǎn)，Guttman解釋說，如果目標(biāo)mRNA在附近，剪接體在細(xì)胞核內(nèi)有更小的搜索區(qū)域，使mRNA更容易被發(fā)現(xiàn)。

Guttman說：“通過物理空間組織，DNA結(jié)構(gòu)的重塑，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)非常不同但關(guān)鍵集成過程的功能動(dòng)力學(xué)耦合，這一想法是我沒有必要預(yù)料到的，但我認(rèn)為這是令人難以置信的興奮，更一般地說，在思考細(xì)胞中定量調(diào)節(jié)如何發(fā)生的新機(jī)制方面?！?/span>

接下來，Guttman和他的團(tuán)隊(duì)想要揭示基因組結(jié)構(gòu)如何組織以實(shí)現(xiàn)mRNA剪接的特定和精確動(dòng)力學(xué)?！氨M管所有這些分子在細(xì)胞核中隨機(jī)移動(dòng)，但這兩個(gè)組成部分之間的相互親和力驅(qū)動(dòng)了這種結(jié)合。這就是我們?yōu)槭裁匆闪⑦@個(gè)組織的原因，”Guttman說。

Belmont說：“在過去的幾年里，研究核斑點(diǎn)的論文數(shù)量已經(jīng)有所增加，但現(xiàn)在，這種強(qiáng)大的功能意義將說服更多的人考慮核斑點(diǎn)在核組織背景下與RNA加工相關(guān)的任何過程中的作用?！?/span>

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