科学技术

汇创新 上海科学家首次发现细胞中的“暗物质”

2020-04-18 09:06

 

  每一个可能导致演变的功能“单位”都值得科学家探究。细胞中广泛地存在功能未知的“暗物质”——长非编码RNA,中国科学院细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)陈玲玲研究组的最新研究发现,基因组来源相同的长非编码RNA在不同细胞内的“坐标”定位和功能都存在显著不同,首次了长非编码RNA差异“加工”机制决定功能多样化,为深入理解长非编码RNA的进化及功能提供了新思。相关论文4月6日深夜发表于国际知名学术期刊《细胞》(Cell)。

  研究人员通过系统的分析发现,长非编码RNA的加工、定位及其功能在人、猴、鼠来源的胚胎干细胞内存在着明显的差异。例如,虽然长非编码RNA——FAST(中文名“极速”)在人、猴、鼠胚胎干细胞中都表达,但其在干细胞内的“坐标”定位明显不同,因此对干细胞命运调控也存在进化的差异。人FAST存在于长非编码RNA的重要“消费市场”——细胞质内,通过参与细胞信号通的调控帮助胚胎干细胞维持更新;而鼠Fast则累积于长非编码RNA的主要“生产工厂”——细胞核内,因此无法参与细胞信号通的调控,对胚胎干细胞更新的维持“毫无建树”。

  进一步研究发现,差异的长非编码RNA加工导致了FAST在人、猴、鼠细胞内的定位及功能演变,而深入的机制研究则表明长非编码RNA的差异加工由蛋白质PPIE决定。PPIE在长非编码RNA的主要“生产工厂”——细胞核内控制长非编码RNA的加工成熟。该蛋白质在鼠胚胎干细胞中数量较多,在关键步骤严格了鼠Fast的加工成熟,导致大量不成熟的鼠Fast滞留于细胞核内;而在人胚胎干细胞中,PPIE数量显著减少,使更多的人FAST得以加工并到达“消费市场”——细胞质发挥功能,参与干细胞的更新维持。在猴胚胎干细胞中,PPIE的数量、FAST和其它长非编码RNA在细胞内的“坐标”定位和功能更趋向于人胚胎干细胞,这也与人猴在进化上比猴鼠更近的事实相符。

  该研究首次发现了差异加工导致的长非编码RNA在细胞内的“坐标”定位及功能的区别,了一类基因组一致、但是加工和定位不同的长非编码RNA,并阐明了差异加工和定位导致的功能进化演变,丰富了人们对长非编码RNA表达调控、定位和功能多样性的认识,为深入研究长非编码RNA功能与进化过程中适应性演变提供了新的理论基础。